Wetenschappers ontdekten dat fytoplankton-cellen tot zesmaal hun grootte kunnen opzwellen om zo de zwaartekracht te trotseren.

Stel, je bent een piepklein eencellig zeeplantje. Je bent afhankelijk van fotosynthese en moet dus regelmatig even naar het zonlicht aan het wateroppervlak om aan je energie te komen. Hoe kom je daar dan vanuit diep in de zee? Nou, gewoon door jezelf op te blazen, zodat je vanzelf naar boven drijft. Onderzoekers van Stanford University beschreven deze slimme techniek van de algensoort Pyrocystis noctiluca in Current Biology.

Lees ook:

• KIJK op de wereld: dansende algen
• Algen voorzien microprocessor van stroom
• Kilauea veroorzaakte gigantische algenbloei

Zwaarder dan zeewater

P. noctiluca is een eencellige zoutwater-alg van zo’n 300 micrometer groot. Bijzonder aan deze alg is dat hij blauwgroen licht afgeeft als reactie op beweging in het water, bijvoorbeeld rondom schepen of omslaande golven. Dat doet de alg om roofdieren te laten schrikken.

Fytoplankton zoals P. noctiluca is normaal gesproken zo’n vijf tot tien procent zwaarder dan zeewater. Dus als ze af en toe energie willen oogsten van de zon, zullen ze de zwaartekracht moeten overwinnen en naar het wateroppervlak reizen. Maar hoe doe je dat zonder vinnen om je voort te bewegen?

Tredmolen voor algen

Hoofdonderzoeker Manu Prakash was geïntrigeerd door dit mysterie. Het viel hem samen met collega’s viel al op dat de algen in de netten van een onderzoeksboot nabij de kust van Hawaï verschillende groottes hadden. Pas na het bekijken van de cellen onder een microscoop kwam aan het licht dat zij zichzelf binnen enkele minuten konden opblazen.

Een zogenoemde gravity machine gaf meer details prijs. Het team van Prakash had deze speciale microscoop al eerder ontwikkeld. Het is een soort tredmolen maar dan voor eencelligen. De algen worden erin rondgedraaid terwijl de waterdruk steeds wordt aangepast. Op die manier wordt hun natuurlijke omgeving van de waterkolom virtueel nagebootst.

Tijdens de celdeling

Dankzij de gravity machine ontdekten de onderzoekers dat de opgeblazen algencellen een lagere dichtheid hadden, waardoor ze inderdaad aan de zwaartekracht konden ontsnappen en naar boven dreven.

Verder bleek dat de ballonnentruc een natuurlijk onderdeel is van de celcyclus van P. noctiluca. Dat werkt als volgt. Eerst deelt een algencel zichzelf in twee cellen. Op dat moment vult de vacuole, een celorgaantje, van beide dochtercellen zichzelf met zeewater, waardoor de cellen zichzelf opblazen als ballonnen.

Doordat de twee cellen nu elk meer water, met een lage dichtheid, bevatten, zal het geheel ook een lagere dichtheid hebben. Laag genoeg om te gaan stijgen. Door de celdeling worden de twee ‘ballonnen’ als uit een katapult richting de zon ‘afgeschoten’.

Filmpje van de celcyclus van de alg Pyrocystis noctiluca, waarin je onder andere ziet hoe hij zichzelf opblaast tot ballon (vanaf 1:33).

Evolutie van de ballonnentruc

Aan het wateroppervlak zullen de twee algencellen volop aan fotosynthese doen, waarbij ze de zonne-energie gebruiken om eiwitten te bouwen. Hierdoor worden ze zwaarder en op een gegeven moment zinken ze richting de bodem. Daar begint het proces weer van voren af aan. In totaal duurt zo’n cyclus zeven dagen.

Volgens Prakash en collega’s is de studie de eerste die bewijst dat de plantaardige celcylus kan worden beïnvloed door een omgevingsfactor. Het zal dan ook ongetwijfeld een drijvende kracht achter de evolutie zijn geweest, geven ze verder aan. Had de alg de ballonnentruc niet ontwikkeld, dan had hij namelijk nooit de zwaartekracht kunnen overwinnen om bij het wateroppervlak aan fotosynthese te doen en had de soort niet kunnen bestaan.

Waarschijnlijk doet ander fytoplankton naast P. noctiluca iets vergelijkbaars. Het onderzoeksteam is nu hard bezig om dit systematisch na te gaan bij de ruim zeshonderd algensoorten die tot nu toe zijn beschreven in de literatuur.

Bronnen: Current Biology, Cell Press via EurekAlert!

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!