Wetenschap
Van de kust tot de diepzee beïnvloeden veranderende zuurstofniveaus het leven in zee op verschillende manieren
De atmosfeer van de aarde handhaaft een constant zuurstofniveau, of het nu een winterse, regenachtige dag of een hete zomer is. Aan de andere kant van de oceaan variëren de zuurstofconcentraties enorm tussen verschillende plaatsen en in de loop van de tijd. Soms verandert het zuurstofniveau in de loop van een dag, terwijl in sommige diepe delen van de oceaan de zuurstofconcentratie constant blijft. Op bepaalde plaatsen is er helemaal geen zuurstof, maar het leven gedijt nog steeds.
Mariene soorten reageren verschillend op de deoxygenatie van de oceaan (de afname van het zuurstofniveau in het zeewater), afhankelijk van waar ze leven. Nu de zeeën worden bedreigd door klimaatverandering en vervuiling, die beide bijdragen aan zuurstofgebrek, lopen sommige mariene soorten een groter risico dan andere.
Als marien ecoloog onderzoek ik hoe veranderingen in de beschikbaarheid van zuurstof de weerstand van zeedieren tegen klimaatverandering beïnvloeden. Uit mijn onderzoek blijkt dat mariene soorten aan de kust die worden blootgesteld aan de dagelijkse variabiliteit van zuurstof beter bestand zijn tegen pieken in de zuurstofgebrek dan wezens die in de diepte leven en zijn aangepast aan consistente zuurstofniveaus.
Aan de kust
Voor kustdieren zoals inktvissen, zeesterren of krabben die in zeegras, kelpbossen of mangroven leven, is het dagelijkse leven een achtbaan van zuurstof. Overdag wordt de fotosynthese door algen en planten veroorzaakt door zonlicht en wordt er een enorme hoeveelheid zuurstof geproduceerd. Dit leidt tot zuurstofoververzadiging, een toestand waarin zoveel zuurstof wordt geproduceerd dat er zuurstofbellen in het water vrijkomen.
Kustecosystemen zoals zeegrassen, kelp, koralen en mangroven helpen bij het vormen van een buffer tegen zuurstofgebrek, omdat deze oververzadiging de stofwisseling van het zeeleven dat daar leeft stimuleert. Met meer beschikbare zuurstof kunnen dieren meer energie produceren en gemakkelijker omgaan met lichte zuurstofgebrek.
'S Nachts, zonder enig zonlicht, fotosynthetiseren kustalgen en planten niet. In plaats daarvan nemen ze zuurstof op via het ademhalingsproces. Net zoals dieren ademen, ademen de bladeren van planten en nemen ze zuurstof op in hun cellen. Dieren worden daar dus dagelijks blootgesteld aan een zuurstofarme omgeving.
Deze zeedieren zijn geëvolueerd om om te gaan met fluctuerende niveaus van hoge en lage zuurstofgehalten in het zeewater door overdag gebruik te maken van de oververzadiging van zuurstof om zichzelf te beschermen tegen stijgende temperaturen en vervuiling. Vervolgens schakelen ze 's nachts, wanneer zuurstof schaars is, over op andere anaerobe stofwisselingsprocessen zoals fermentatie, net zoals onze spieren melkzuur produceren tijdens intensieve anaerobe oefeningen. Roofzuchtige krabben jagen bijvoorbeeld 's nachts actief in mangroven met zeer beperkte zuurstof.
Maar kustdieren die zijn aangepast aan zuurstofgebrek op de korte termijn kunnen lange perioden zonder veel zuurstof niet goed aan. Er ontstaan dus problemen wanneer de dagelijkse zuurstofschommelingen worden verstoord door de opwarming van de aarde en door de mens veroorzaakte vervuiling, waardoor zuurstofarme omstandigheden dagen of weken kunnen aanhouden. Voor zee-egels zorgt dit ervoor dat ze langzamer zijn en minder goed kunnen ontsnappen aan roofdieren. Voor andere dieren kan dit resulteren in langzamere voersnelheden of verminderde groei.
In de diepe oceaan
Op diepten tussen 200 en 1500 meter, in wat bekend staat als de ‘zuurstofminimumzone’, bevindt zuurstof zich op het laagste verzadigingsniveau. Hier zijn sommige diepzeedieren, vooral vissen, goed aangepast aan deze extreem zuurstofarme omstandigheden. Hoewel deze vissen niet direct door deoxygenatie zullen worden getroffen omdat ze al in dit leefgebied gedijen, is het waarschijnlijker dat deoxygenatie deze zuurstofarme zone zal uitbreiden, waardoor mogelijk vissen in de buurt worden getroffen die verdere deoxygenatie niet kunnen verdragen.
In de afgrond, op een diepte van meer dan 3000 meter, zijn dieren gewend te leven in omstandigheden waarin het zuurstofniveau nooit fluctueert. Zonlicht bereikt nooit de diepste delen van de zeebodem en dus kan er geen fotosynthese plaatsvinden. Hier zorgen oceaanstromingen voor een constante toevoer van zuurstof, maar de klimaatverandering beïnvloedt de dynamiek van deze stromingen.
Zelfs de kleinste verlaging van het zuurstofniveau kan catastrofaal zijn voor het zeeleven hier. In bepaalde scenario's zou diepzeemijnbouw grote hoeveelheden organisch materiaal uit het sediment kunnen vrijmaken. Dit zou kunnen reageren met alle beschikbare zuurstof en deze verder kunnen uitputten, met als gevolg de dood van levende wezens.
Op de zilte zeebodem
Op sommige locaties, waaronder de Rode Zee, barsten zeer zoute pekelpoelen of onderzeese meren op de zeebodem van leven, ondanks dat er geen zuurstof is. Bacteriën, krabben, mosselen en palingachtige vissen zijn geëvolueerd in deze zuurstofarme zeeën en zullen helemaal niet worden beïnvloed door verdere zuurstofgebrek.
Aan de andere kant van de oceaan kan deoxygenatie andere bedreigingen verergeren, zoals verzuring van de oceaan (de verlaging van de pH van de oceaan) of plotselinge stijgingen en dalingen van het zoutgehalte. Samen kunnen deze veranderingen dodelijk zijn voor mariene soorten die onder zeer specifieke omstandigheden overleven.
Aanhoudende zuurstofarme omstandigheden zullen dus verschillende bedreigingsniveaus opleveren voor dieren in verschillende habitats. Kusthabitats die zuurstof produceren, zoals zeegrasvelden, moeten worden beschermd en hersteld. De oceaanstroming die zuurstof naar de diepzee brengt is ook van cruciaal belang, en de beste manier om die te behouden is door de opwarming van de aarde zo snel mogelijk te vertragen.