Hoe evolueert het leven in zee bij CO2-toename? (Kennislink)

De oceanen zijn onze klimaatbuffer: ze hebben al zo’n 40 procent van alle uitgestoten kooldioxide opgenomen en 90 procent van de warmte van klimaatverandering. Dat blijft niet zonder gevolgen. Een lezer wilde weten: hoe evolueert het leven als de hoeveelheid CO2 toeneemt? In deel 1 van een tweeluik: de oceanen.

De concentratie kooldioxide in de atmosfeer is sinds de industriële revolutie met de helft toegenomen (van 280 naar 417 ppm, deeltjes per miljoen). Dat is niet alle CO2 die we hebben uitgestoten: 40 procent is opgenomen door de oceanen. Daarnaast hebben oceanen de meeste warmte (90 procent!) van klimaatverandering geabsorbeerd. Anders was de atmosfeer al veel sterker opgewarmd. De oceaan is onze grootste klimaatbuffer. Dat blijft echter niet zonder gevolgen.

Een planktonslak aangetast door verzuring: zwakke plekken en gaatjes in de schelp.

In zee reageert kooldioxide met water tot koolzuur, waarbij het water verzuurt. Daardoor krijgen soorten die hun skelet van kalk bouwen het moeilijk. “Een verzuurde, warme oceaan betekent minder kalkvormend plankton”, vertelt Katja Peijnenburg, evolutiebioloog bij Naturalis Biodiversity Center. “Plankton staat aan de basis van de voedselketen, dus dat betekent minder voedsel voor iedereen.”

De eerste gevolgen van oceaanverzuring ziet ze al bij planktonslakjes, die hun schelp van aragoniet maken, een oplosbare vorm van kalk. “Planktonslakjes zijn de kanarie in de kolenmijn. Op verschillende plekken zien we dat ze aan de buitenkant oplossen, of dunnere schelpen maken. In zuurder water kost het meer energie om een kalkskelet te bouwen. Met name de jongere slakjes hebben daaronder te lijden.” Uit experimenten van Peijnenburg en collega’s blijkt dat de slakjes nu meer moeite hebben om hun schelp te bouwen dan vroeger. Ook andere dieren met een kalkskelet groeien trager, zoals koralen en schelpdieren.

Dode zones

De vroege effecten op dieren met een kalkskelet ziet paleontoloog Bas van de Schootbrugge van de Universiteit Utrecht ook terug bij prehistorische klimaatveranderingen. In de fossielen aan het einde van het Perm, 252 miljoen jaar geleden, vindt hij echter het meest dodelijke effect dat CO2 op de oceanen kan hebben: zuurstofgebrek ofwel anoxie. “De toename van kooldioxide warmde tijdens het Perm de atmosfeer op, waardoor hevige bosbranden ontstonden”, vertelt Van de Schootbrugge. “Zonder bomen kwam er meer erosie: bergen sleten af via rivieren. Al die voedingsstoffen kwamen uiteindelijk in zee en zorgden daar voor enorme algenbloei. De algen begonnen te rotten op de zeebodem en dat rottingsproces verbruikte alle zuurstof in het water.” Het gevolg: massale sterfte aan de kust, zogenoemde dode zones. De massa-extinctie aan het einde van het Perm roeide 80 procent van al het zeeleven uit. Het is de grootste uitstervingsgolf uit de geschiedenis van het leven op aarde.

In de Golf van Mexico zorgt de aanvoer van voedingsstoffen uit de Mississippi jaarlijks voor een dode zone.

In veel opzichten is de klimaatverandering aan het einde Perm onvergelijkbaar met wat nu gebeurt. “De ultieme oorzaak toen was grootschalig vulkanisme”, vertelt Van de Schootbrugge. “Bijna half Siberië werd bedekt onder lavapakketten van een paar kilometer dik. Dat gebeurde niet in één klap, maar verspreid over tien- tot honderdduizenden jaren.” De concentratie kooldioxide in de lucht schoot door van 400 ppm naar 2.500 ppm (of zelfs 10.000 ppm volgens een andere studie). Ter vergelijking: we zitten nu op 417 ppm en voelen de gevolgen al.

Niettemin is er reden tot zorg. “Onze jaarlijkse uitstoot van kooldioxide zit met 35 miljard ton in dezelfde orde van grootte als het vulkanisme aan het einde van het Perm”, vertelt Van de Schootbrugge. “Maar wij staan pas aan het begin van een klimaatverandering.” De tijdsschaal is bovendien veel korter dan de einde-Perm-extinctie. “De snelheid waarmee veranderingen plaatsvinden, is ongekend”, stelt bioloog Peijnenburg. “Er is geen evenknie in het geologisch verleden.”

Kwallen en koralen

Uitgelicht door de redactie

Informatica
‘Technologie speelt vooral in op onze slechte kant’

Biologie
Wie maakt het eerste embryo-model?

Biologie
5 vragen over soja als melkvervanger

Verzuring, opwarming en zuurstofgebrek: hoe werkt dat door op de evolutie? “Vooral kwallen of kwalachtige dieren bijvoorbeeld gedijen goed in een verstoord ecosysteem”, vertelt Peijnenburg. Maar ook al krijgen planktonslakjes het moeilijk, toch ziet ze die diertjes niet gauw uitsterven: “Ze zijn er al zo’n 100 miljoen jaar. Ze zijn gevoelig, maar hebben eerdere crises wel als groep overleefd. Ze hebben meer veerkracht dan over het algemeen wordt aangenomen.”

Zelfs de koralen kunnen erbovenop komen, al zijn het dan wellicht totaal andere koralen. “De koralen zijn aan het einde van het Perm volledig uitgestorven”, vertelt Van de Schootbrugge. “Maar toen de zuurstofloosheid verdween, kwamen er moderne koralen voor terug. Dat waren fundamenteel andere organismen, waarschijnlijk ontstaan uit anemonen zonder kalkskelet.” Die comeback liet wel op zich wachten: het duurde bijna 15 miljoen jaar sinds de uitsterving. “Maar als het eenmaal begint, gaat het weer helemaal los. Tijdens het Trias ontstonden gigantische riffen. Massa-extinctie is een grote resetknop: een hoop verdwijnt, maar wat overleeft doet het daarna goed.”

Dieren met een kalkskelet, zoals koralen, gaan het eerst achteruit bij oceaanverzuring.

Reservaten

Er staat de oceaan dus heel wat te wachten door de toename van CO2 en opwarming van de aarde, maar volgens Van de Schootbrugge zijn we nog lang niet bij een massa-extinctie, zoals in het Perm. “De aarde is nog dichtbevolkt met leven. We staan nog aan het begin van klimaatverandering. Als het doorgaat, kan het slecht aflopen, maar er zijn plannen om grote stukken van de oceaan in te richten als reservaat. Misschien kopen we daarmee tijd.”

Ook Peijnenburg is voorzichtig optimistisch: “We hebben zelf in de hand hoe snel de effecten van klimaatverandering gaan. Onder de 2 graden opwarming maakt echt uit in de effecten en snelheid ervan. Met het meeste plankton komt het wel goed. We moeten ons eerder druk maken om onszelf. Als evolutiebioloog maak ik me geen zorgen, als moeder wel.”

Bronnen

https://www.nemokennislink.nl/publicaties/hoe-evolueert-het-leven-in-zee-bij-co-2-toename/

Hoe evolueert het leven in zee bij CO2-toename? (Kennislink)

De oceanen zijn onze klimaatbuffer: ze hebben al zo’n 40 procent van alle uitgestoten kooldioxide opgenomen en 90 procent van de warmte van klimaatverandering. Dat blijft niet zonder gevolgen. Een lezer wilde weten: hoe evolueert het leven als de hoeveelheid CO2 toeneemt? In deel 1 van een tweeluik: de oceanen.

De concentratie kooldioxide in de atmosfeer is sinds de industriële revolutie met de helft toegenomen (van 280 naar 417 ppm, deeltjes per miljoen). Dat is niet alle CO2 die we hebben uitgestoten: 40 procent is opgenomen door de oceanen. Daarnaast hebben oceanen de meeste warmte (90 procent!) van klimaatverandering geabsorbeerd. Anders was de atmosfeer al veel sterker opgewarmd. De oceaan is onze grootste klimaatbuffer. Dat blijft echter niet zonder gevolgen.

In zee reageert kooldioxide met water tot koolzuur, waarbij het water verzuurt. Daardoor krijgen soorten die hun skelet van kalk bouwen het moeilijk. “Een verzuurde, warme oceaan betekent minder kalkvormend plankton”, vertelt Katja Peijnenburg, evolutiebioloog bij Naturalis Biodiversity Center. “Plankton staat aan de basis van de voedselketen, dus dat betekent minder voedsel voor iedereen.”

De eerste gevolgen van oceaanverzuring ziet ze al bij planktonslakjes, die hun schelp van aragoniet maken, een oplosbare vorm van kalk. “Planktonslakjes zijn de kanarie in de kolenmijn. Op verschillende plekken zien we dat ze aan de buitenkant oplossen, of dunnere schelpen maken. In zuurder water kost het meer energie om een kalkskelet te bouwen. Met name de jongere slakjes hebben daaronder te lijden.” Uit experimenten van Peijnenburg en collega’s blijkt dat de slakjes nu meer moeite hebben om hun schelp te bouwen dan vroeger. Ook andere dieren met een kalkskelet groeien trager, zoals koralen en schelpdieren.

Dode zones

De vroege effecten op dieren met een kalkskelet ziet paleontoloog Bas van de Schootbrugge van de Universiteit Utrecht ook terug bij prehistorische klimaatveranderingen. In de fossielen aan het einde van het Perm, 252 miljoen jaar geleden, vindt hij echter het meest dodelijke effect dat CO2 op de oceanen kan hebben: zuurstofgebrek ofwel anoxie. “De toename van kooldioxide warmde tijdens het Perm de atmosfeer op, waardoor hevige bosbranden ontstonden”, vertelt Van de Schootbrugge. “Zonder bomen kwam er meer erosie: bergen sleten af via rivieren. Al die voedingsstoffen kwamen uiteindelijk in zee en zorgden daar voor enorme algenbloei. De algen begonnen te rotten op de zeebodem en dat rottingsproces verbruikte alle zuurstof in het water.” Het gevolg: massale sterfte aan de kust, zogenoemde dode zones. De massa-extinctie aan het einde van het Perm roeide 80 procent van al het zeeleven uit. Het is de grootste uitstervingsgolf uit de geschiedenis van het leven op aarde.

In veel opzichten is de klimaatverandering aan het einde Perm onvergelijkbaar met wat nu gebeurt. “De ultieme oorzaak toen was grootschalig vulkanisme”, vertelt Van de Schootbrugge. “Bijna half Siberië werd bedekt onder lavapakketten van een paar kilometer dik. Dat gebeurde niet in één klap, maar verspreid over tien- tot honderdduizenden jaren.” De concentratie kooldioxide in de lucht schoot door van 400 ppm naar 2.500 ppm (of zelfs 10.000 ppm volgens een andere studie). Ter vergelijking: we zitten nu op 417 ppm en voelen de gevolgen al.

Niettemin is er reden tot zorg. “Onze jaarlijkse uitstoot van kooldioxide zit met 35 miljard ton in dezelfde orde van grootte als het vulkanisme aan het einde van het Perm”, vertelt Van de Schootbrugge. “Maar wij staan pas aan het begin van een klimaatverandering.” De tijdsschaal is bovendien veel korter dan de einde-Perm-extinctie. “De snelheid waarmee veranderingen plaatsvinden, is ongekend”, stelt bioloog Peijnenburg. “Er is geen evenknie in het geologisch verleden.”

Kwallen en koralen

Verzuring, opwarming en zuurstofgebrek: hoe werkt dat door op de evolutie? “Vooral kwallen of kwalachtige dieren gedijen goed in een verstoord ecosysteem”, vertelt Peijnenburg. Toch ziet ze de planktonslakjes niet gauw uitsterven, al krijgen ze het moeilijk: “Ze zijn er al zo’n 100 miljoen jaar. Ze zijn gevoelig, maar hebben eerdere crises wel als groep overleefd. Ze hebben meer veerkracht dan over het algemeen wordt aangenomen.”

Zelfs de koralen kunnen erbovenop komen, al zijn het dan wellicht totaal andere koralen. “De koralen zijn aan het einde van het Perm volledig uitgestorven”, vertelt Van de Schootbrugge. “Maar toen de zuurstofloosheid verdween, kwamen er moderne koralen voor terug. Dat waren fundamenteel andere organismen, waarschijnlijk ontstaan uit anemonen zonder kalkskelet.” Die comeback liet wel op zich wachten: het duurde bijna 15 miljoen jaar sinds de uitsterving. “Maar als het eenmaal begint, gaat het weer helemaal los. Tijdens het Trias ontstonden gigantische riffen. Massa-extinctie is een grote resetknop: een hoop verdwijnt, maar wat overleeft doet het daarna goed.”

Dieren met een kalkskelet, zoals koralen, gaan het eerst achteruit bij oceaanverzuring.

Reservaten

Er staat de oceaan dus heel wat te wachten door de toename van CO2 en opwarming van de aarde, maar volgens Van de Schootbrugge zijn we nog lang niet bij een massa-extinctie, zoals in het Perm. “De aarde is nog dichtbevolkt met leven. We staan nog aan het begin van klimaatverandering. Als het doorgaat, kan het slecht aflopen, maar er zijn plannen om grote stukken van de oceaan in te richten als reservaat. Misschien kopen we daarmee tijd.”

Ook Peijnenburg is voorzichtig optimistisch: “We hebben zelf in de hand hoe snel de effecten van klimaatverandering gaan. Onder de 2 graden opwarming maakt echt uit in de effecten en snelheid ervan. Met het meeste plankton komt het wel goed. We moeten ons eerder druk maken om onszelf. Als evolutiebioloog maak ik me geen zorgen, als moeder wel.”

Bronnen

https://www.nemokennislink.nl/publicaties/hoe-evolueert-het-leven-in-zee-bij-co-2-toename/