Biologen en geologen hebben elkaars kennis nodig om ‘het systeem aarde’ te kunnen begrijpen. En dat is weer een voorwaarde om iets zinnigs te zeggen over de toestand nu en in de toekomst. Biogeologie is een grensvak in ontwikkeling, waar Nederland volgens een KNAW-verkenningscommissie veel aan bij te dragen heeft. Hoe onze wereld verfijnder en complexer werd.

“Er komen aan de lopende band organische moleculen uit de ruimte. Het is helemaal niet gezegd dat het leven op aarde hier ook begonnen is.” Prof.dr. Bert van der Zwaan (50) lacht erbij, maar meent het niet minder serieus. Om zijn studenten een beetje te provoceren haakt hij graag even aan bij de discussie of er leven op Mars geweest is: “Daar kan ons leven ook vandaan komen. Op een meteoriet afkomstig van Mars zijn een kristallen gevonden – magnetiet – dat overtuigend lijkt op magnetiet zoals dat gemaakt wordt door bacteriën. Die meteoriet is drie en een half miljard jaar oud. Rond die tijd ontstonden de eerste bacteriën op aarde.”

De wat terloopse opmerkingen over buitenaards leven geven een indruk van de uitgestrektheid van het onderzoeksterrein van Van der Zwaan. Hij is de enige hoogleraar biogeologie in Nederland, en bedrijft dat vak aan twee universiteiten tegelijk: die van Utrecht (bij Aardwetenschappen) en die van Nijmegen (bij Biologie). Biogeologie is dan ook, precies zoals het woord doet vermoeden, het interdisciplinaire grensgebied waar geologen en biologen elkaar vinden.

Zeebeestjes
Nut en noodzaak daarvan kan Van der Zwaan makkelijk illustreren aan de hand van een voorbeeld waar de muren in zijn Utrechtse werkkamer vol mee hangen. Prachtige plaatjes van foraminiferen, hele kleine, eencellige zeebeestjes in schitterende geometrische patronen. Van der Zwaan: “Daar zijn er heel veel van, en ze fossiliseren goed. Ze zijn dus makkelijk te vinden, en goed te gebruiken om het verre verleden mee te reconstrueren.” In de olie-industrie wordt er dan ook al lang gebruik van gemaakt. Veel geologisch onderzoek is voortgekomen uit de behoefte aan kennis over ertsen en olie, net zoals biologische kennis dikwijls een medische achtergrond heeft. Dat maakt een ontmoeting tussen de twee vakken niet direct vanzelfsprekend.

Van der Zwaan legt uit: “Van die foraminiferen weten paleontologen veel meer dan biologen. Maar als je het vanuit evolutionair of ecologisch oogpunt wilt bekijken heb je ook biologische kennis nodig. Het gebrek daaraan was echt een groot probleem. Hoe zit het met de reproductie van die beestjes? Hoeveel nakomelingen hebben ze? Kunnen ze tegen zuurstof? Dat was allemaal niet bekend, maar ook de biologen wisten het niet. Dit zijn geen direct belangrijke biologische vragen met bijvoorbeeld een biomedische achtergrond. De grootste vragen in de biogeologie werden vanuit de aardwetenschappen aangestuurd.”

Bijblijven
Het gaat uiteindelijk allemaal om het begrijpen van het ‘Systeem Aarde’. Tussen Aarde en Leven heet het eindrapport van de Verkennings Commissie Biogeologie van de Akademie waarvan Van der Zwaan voorzitter was. Het is net uit, en vormt de aanleiding voor het gesprek over dit vak dat zich sterk aan het ontwikkelen is. De ‘strategische verkenning’, onder meer aan de hand van enquêtes, is in recordtijd gedaan: in acht maanden. Maar daar was wel weer een voorverkenning van de Raad voor Aarde en Klimaat aan voorafgegaan. Van der Zwaan: “Het startpunt was internationaal. De Raad had als uitgangspunt dat er hier iets belangrijks gaande is. En dan is onder meer de vraag of het ook voor Nederland een belangrijk nieuw grensgebied is, en pregnanter: het gaat in het buitenland heel hard, wat kunnen wij doen om bij te blijven?

De vraag van de KNAW was dus hoe we onze positie kunnen behouden danwel verbeteren.”
Het rapport maakt duidelijk dat er in Nederland weliswaar veel gebeurt dat van belang is voor de biogeologie, en dat het gaat om onderzoek van hoge kwaliteit, maar het is allemaal weinig gecoördineerd. Dat moet dus veranderen. En Van der Zwaan neemt het voortvarend ter hand. Op 17 maart aanstaande, tijdens een conferentie over ‘Global Ecology’ in Wageningen gaat het Nationaal Centrum voor Biogeologie informeel van start. Eind dit jaar moet er een officieel begin gemaakt zijn met het goeddeels virtuele onderzoekscentrum, dat wel een penvoerder en een directie krijgt, maar als het aan Van der Zwaan ligt zo min mogelijk extra bureaucratie oplevert.

Darwins tijd
Dat de commissie de naam Darwin Centrum voorstelt, heeft duidelijke redenen, die in het rapport terug te vinden zijn. In Darwins tijd lagen de vakken biologie en geologie veel dichter bij elkaar dan tegenwoordig. De natuur werd in zijn geheel beschouwd. Sterker nog: Darwins eerste publicaties gingen over geologie. Eigenlijk zijn de twee terreinen pas vanaf de Tweede Wereldoorlog ieder een eigen kant opgegaan. Ze onder de naam Darwin weer wat meer verenigen is dus niet zo’n gekke gedachte, maar vanuit biologische kring klinken daar inmiddels enige protesten over. Sommige biologen vinden kennelijk dat de naam Darwin van hen is, of niet geschikt voor een Biogeologisch Centrum. “Daar heb ik me eerlijk gezegd wel aan geërgerd”, merkt Van der Zwaan op, al moet hij er ook wel een beetje om lachen. Hoe dan ook, de bedoeling is dat er snel bijeenkomsten zullen komen en natuurlijk een gezamenlijk onderzoeksplan.

Van der Zwaan hamert op het belang van kwaliteit. “Het was een verkenning nieuwe stijl”, vertelt hij, “waarbij er nadrukkelijk gevraagd wordt naar keuzes. Momenteel is er belangstelling van allerlei kanten, maar wie mee wil doen moet echt binnen het thema vallen, en het onderzoek moet zeer goed tot excellent zijn.”

Maar waar moet het over gaan? Kan Van der Zwaan een beeld schetsen? “Wat we doen speelt op hele grote ruimtelijke schalen, en soms over lange tijden”, zegt hij. “Als je bijvoorbeeld wilt weten hoe het zal gaan met het leven op aarde de komende honderd jaar dan moet je op veel vragen een antwoord hebben. Zijn veranderingen in de oceaan bijvoorbeeld van invloed? Dan kun je kijken naar de koolstofcyclus. Als die verandert, voor opwarming zorgt, sterft er dan leven uit of niet? En hoe snel herstelt het zich? Kun je door menselijk handelen de circulatie in de oceaan echt zo veranderen dat er ongelukken gebeuren met het klimaat? Met andere woorden: hoe zit het met de relatie tussen veranderingen in het CO2-gehalte, het broeikaseffect en de biodiversiteit?”

Wereldvochtigheid
“Het gaat om enorm complexe systemen, waarin je kunt proberen om met behulp van computermodellen vereenvoudigingen aan te brengen. Je kunt je bijvoorbeeld afvragen of je de ontwikkelingen in de bossen en vegetatie op aarde kunt beschrijven met een of twee variabelen. De wereldvochtigheid is daar heel belangrijk voor weten we. Waarschijnlijk is dat de belangrijkste verklarende factor.”

“Wat de biogeologie zo speciaal maakt zijn de schalen waarop de dingen zich afspelen. Maar die verschillen ook erg. Neem weer even die koolstofcyclus. Als je alleen naar Nederland kijkt dan is het broeikaseffect of zich niet zo belangrijk. De zeespiegel is veel belangrijker. Zodra die twee of drie meter stijgt heeft dat enorme gevolgen voor Nederland, maar op wereldschaal maakt het meestal nauwelijks uit. Hoe je van schaal kunt veranderen, de verbinding kunt maken tussen de verschillende schalen, dat is een van de grote onderzoeksvragen.”

“Want je kunt er ook andersom naar kijken. We maken ons druk over het opgelopen CO2-gehalte, maar is dat erg? Is wat er nu gebeurt buitennatuurlijk? Als je over de afgelopen dertig miljoen jaar kijkt zeker niet. Toen was het vijf keer het huidige gehalte, dus je kunt ook zeggen dat het nu absurd laag is. Iedereen heeft het over het broeikaseffect, maar is dat echt zo erg? Op Groenland groeiden er rond 1200 nog druiven, heeft daar toen iemand over geklaagd?”

Woestijnvorming
“Niemand weet overigens wat de precieze effecten van opwarming zijn. Misschien hebben we het juist wel nodig. Water wordt deze eeuw een schaars goed, en een kwart meer neerslag zou de verdroging tegen kunnen gaan. Van een beetje broeikas wordt het lekker nat. Ik zeg dit nu, maar dat is net zo’n legitieme slag in de lucht als de claim dat het broeikaseffect onze grootste bedreiging is. Die verdroging nu zit hem overigens in de consumptie van de mens, en in onoordeelkundige irrigatie. Die leidt tot verwoesting van landbouwgronden en woestijnvorming. En dat stapelen we dan nog eens bovenop een situatie waar we toch al een wat drogere aarde hebben. De oorzaak daarvan ligt vijftien miljoen jaar geleden. Toen begon de zuidelijke ijskap snel te groeien, waardoor de aarde droger werd en er op grote schaal woestijnen ontstonden. Dat je twee ijskappen op de polen hebt is in de geschiedenis van de aarde trouwens heel bijzonder.”

De zeebodem, ijskernen van de polen, bergformaties, de wereld is een groot archief waaruit dingen te leren vallen. Ook dat overgangen soms verbluffend snel kunnen gaan. “Hoe overgangen verlopen is relevante maatschappelijke kennis”, zegt Van der Zwaan, “een systeem kan lange tijd stabiel blijven, en dan komt er een omslag die binnen tachtig jaar voltooid is. Dat gaat zo snel dat je je een hoedje schrikt.”

Reconstrueren wat er vroeger gebeurd is, processen volgen, het is allemaal essentieel voor het begrip van het systeem, en dus ook voor het kunnen voorspellen van wat er gebeurt als je ingrijpt. Welke keten van veranderingen je kunt verwachten. Leidt het uitsterven van de ene soort tot een hele cascade? Hoe zat het wanneer met de stofstromen, de cycli van bijvoorbeeld stikstof, zwavel, ijzer, fosfor, zuurstof? En hoe hingen en hangen die samen met de biodiversiteit? Van der Zwaan: “Als de reconstructies kloppen dan hebben we nu een biodiversiteit die een magnitude hoger ligt dan zestig miljoen jaar geleden. Hoe heeft zich dat ontvouwd? Voor begrip van moderne systemen heb je die evolutionaire kennis nodig.”

Tsjernobyl
Maar ook voor het volgen van de vervuiling in de Adriatische Zee sinds begin vorige eeuw. Van der Zwaan laat staatjes zien, waarin de recente geschiedenis goed valt terug te lezen. Vanaf 1920 werd er kunstmest gebruikt, wat de organische vervuiling sterk deed toenemen, en het zuurstofgehalte verminderde. De vervuiling nam tijdens de Tweede Wereldoorlog af, omdat er toen minder landbouw was. En in 1978 was de vervuiling op zijn hoogtepunt, daarna is men afvalwater eerst gaan zuiveren. We dateren dit jonge archief met het ongeluk in Tsjernobyl, wat onmiddellijk te herkennen is aan een piek in isotopen. Het is allemaal te traceren.

En soms is het nog eenvoudiger te zien. Er hangt een uitvergrote foto aan de muur, met daarop op het eerste gezicht gewoon een schep zand, en een sleutel, die je symbolisch kunt interpreteren, maar die ook een idee van de schaal geeft. Van der Zwaan vertelt en wijst aan: “Het is een spade zand aan het strand, maar kijk, je ziet hier prachtig de overgang tussen twee systemen. Tussen zuurstofrijk en zuurstofarm. Die gangetjes in het zand komen van wormen, en die woelen alleen maar zuurstofrijke grond om. Je ziet daardoor precies de grens.”

Verfijnder
“De eencellige foramiferen waar wij experimenten mee doen, zijn in staat om wel die grens tussen zuurstofarm en –rijk gebied te doorkruisen: ze zijn als het ware de boodschappers tussen de boven- en onderwereld. Ze voeden zich met bacteriën, en hoe harder ze dat doen, des te sneller gaan die bacteriën zich voortplanten. En dat heeft als neveneffect dat biochemische veranderingen en biochemische cycli sneller verlopen.

Hoe dat hele complexe bodemsysteem precies werkt, daar weten we nog weinig van, maar het is wel duidelijk dat het in het verleden anders in elkaar stak. Er waren veel minder gravers die belangrijke voedingsstoffen de grond in brachten en andere weer naar boven vervoerden. Dat gaat nu vele malen efficiënter dan zestig miljoen jaar geleden. En onder andere die toegenomen activiteit in de zeebodem heeft weer gevolgen voor de vruchtbaarheid van de oceanen. Het recyclesysteem is verfijnder, complexer geworden, wat ook de vruchtbaarheid de oceanen heeft doen toenemen.”

Van der Zwaans boodschap is duidelijk. Voor het doorgronden van heden, verleden en toekomst van ons systeem aarde kun je inderdaad een enorm scala aan onderzoekers inzetten. Niet alleen geologen en biologen, maar ook biochemici, microbiologen, ecologen. Als het aan Van der Zwaan ligt zullen ze elkaar binnen het Darwin Centrum allemaal gaan tegenkomen.