Photo by: RIKKERT HARINK
Science

Twentse superplankton gaat CO2 te lijf

| Jelle Posthuma

Hoogleraar Albert van den Berg vindt dat wetenschappers over het klimaatprobleem moeten nadenken. Zijn eigen oplossing: de Emiliania huxleyi, een CO2 vretende planktonsoort.

Van den Berg laat een grafiek op zijn tablet zien. ‘Kijk, deze lijn geeft aan hoeveel koolstofdioxide er in de atmosfeer zit.’ De diagram op zijn scherm toont de hoeveelheid CO2 in de atmosfeer in de afgelopen 600.000 jaar. ‘We zijn in deze hele periode nooit boven de 300 parts per million (ppm) geweest. De laatste 150 jaar is de aarde van 280 naar 400 ppm gegaan. Ik weet wel: het is geen honderd procent bewijs, maar volgens mij is er toch iets geks aan de hand.’

Een trage ramp

De hoogleraar doelt op het gebruik van fossiele brandstoffen door de mens, die de concentratie van CO2 in de atmosfeer verhoogt. Deze opeenhoping van koolstofdioxide laat de temperatuur op aarde stijgen. ‘We hebben 150 jaar lang geleend van moederaarde. Dat heeft een gigantische industriële ontwikkeling opgeleverd. Nu is het tijd dat we een deel van de CO2 weer terug in de aarde gaan stoppen.’  

'Planktonplantjes zijn gewoon verschrikkelijk leuke, kleine dingetjes'

Want juist het ‘terugstoppen’ van koolstofdioxide in de aarde, is volgens Van den Berg cruciaal. ‘Ik ben positief over renewable energy: energie uit een oneindige bron. We kunnen inmiddels heel goed windmolens en zonnepanelen bouwen. Dat gaat ons lukken; het is een kwestie van engineering. Maar dan zijn we er nog niet. De klimaatopwarming is een trage ramp. De gevolgen van ons gebruik gaan nog decennia lang doorwerken. Daarom moet we kijken naar ‘Negative Emission Technologies’, ofwel: technologie die ons helpt om CO2 uit de atmosfeer te verwijderen.’

Sexy dingen

Met deze uitdaging in het achterhoofd stuit Van den Berg op een minuscuul plantje in de oceaan. Het is plankton. Fytoplankton, om precies te zijn. Deze ééncellige plantjes dienen als voedsel voor al wat rondzwemt, kruipt en dobbert in de oceaan. Ze zijn met het blote oog niet te zien: in één schep zeewater zitten al snel tien miljoen van deze ‘algjes’. Maar onder de microscoop blijken de plantjes over een prachtige structuur te beschikken.

‘Ik ben wel van de schoonheid der dingen’, vertelt de hoogleraar. ‘Deze planktonplantjes, ook wel de Emiliania huxleyi, zijn gewoon verschrikkelijk leuke, kleine dingetjes. Plankton heb je in heel veel soorten en maten. Het plantje ziet er echt prachtig uit. Mijn eerste gedachte was vrij simpel: mooi om te zien. Pas daarna dacht ik: wat doen ze eigenlijk?’

(Tekst loopt verder onder foto)

Plankton op Twentse chip. Opnames: Darya Hadavi

Plankton op Twentse chip. Opnames door: Darya Hadavi. 

Maastrichtse kalkrotsen

Bij nader onderzoek blijkt dat de Emiliania huxleyi het niet alleen van zijn schoonheid moet hebben. Deze ééncellige plantjes, ook wel Coccolithofoor genaamd, produceren energie met behulp van fotosynthese, vergelijkbaar met bladeren aan een boom. Dit proces is het begin van de voedselketen, want plankton dient als voeding voor de grote grazers van de oceaan.

Uniek aan het planktonplantje is zijn kalkhoudend skelet, dat de Emiliania huxleyi om zich heen ‘bouwt’. Dit schild voorkomt dat het plankton ten prooi valt aan de allerkleinste oceaanorganismes. Een deel van de algjes onttrekt zich aan de voedselketen en zakt naar de bodem van de zee. Van den Berg: ‘In deze afgezakte plantjes zitten grote hoeveelheden CO2 opgeslagen. Wie de overblijfselen van deze kalkskeletjes wil zien, moet naar de krijtrotsen van Dover. Of dichter bij huis, in Zuid-Limburg, waar de krijtrotsen bestaan uit afgezakte plantjes.’

Plankton op een chip

Zijn kennismaking met de algjes, en hun bijzondere eigenschappen, brengt de hoogleraar op een idee. Wat als we deze CO2 vretende plantjes inzetten voor Negative Emission Technology? Nieuw is dit idee niet: verschillende wetenschappers doen er onderzoek naar. De revolutionaire gedachte zit ‘m in het gebruik van Twentse nanotechnologie.

‘Wat wij als MESA+ kunnen toevoegen is de microfluïdica. Op onze chips kunnen we de algjes op micrometerschaal onderzoeken, kweken en manipuleren. Eén chip biedt ruimte voor duizend ééncellige plantjes. Deze kunnen we allemaal een eigen microklimaat geven. Wat meer of minder CO2, een andere temperatuur of wat extra ijzer of calcium in de vloeistof: alles is mogelijk. Deze techniek stelt ons in staat om heel snel, heel veel verschillende experimenten te doen.’

‘Door straling kunnen we random mutaties opwekken in het genoom van de algjes. Deze mutatie geeft de plantjes andere eigenschappen. Een aantal zullen vroegtijdig afsterven, maar sommigen gaan mogelijk sneller groeien en meer CO2 opnemen. Juist deze willen we eruit halen, om hun DNA te bekijken en uiteindelijk na te bouwen.’

(Tekst loopt verder onder foto)

Plankton op Twentse chip. Opnames door: Darya Hadavi. 

Konijnen in Australië

Deze ‘superplankton’ uit het laboratorium wil Van den Berg uiteindelijk, met uitgebreide voorzorgen, na tests in watercontainers en kleine plassen, loslaten in de oceaan. Met als hoofddoel: het terugdringen van de hoeveelheid CO2 in de atmosfeer. De hoogleraar is zich bewust van de criticasters. Want hoeveel gaat dit helpen? En nog urgenter: sleutelen aan organismes, is dat niet gevaarlijk?

'Zet twintig slimme mensen bij elkaar en ze vinden altijd wel iets nuttigs'

Dat het manipuleren van de natuur gevaren met zich meebrengt, geeft de hoogleraar ruiterlijk toe. ‘Engelse kolonisten brachten ooit konijnen mee naar Australië. Dat was geen succes: het dier had geen natuurlijke vijand en in korte tijd leidde dit tot een ware konijnenplaag. Maar tegen de criticasters zeg ik: we hebben al op grote schaal gemanipuleerd door CO2 in de atmosfeer te pompen.’

Grootschalig en multidisciplinair 

Deze zomer begint Van den Berg aan het project met een assistent in opleiding (aio). ‘Dankzij het Max Planck Center kunnen we hem aanstellen. Hij gaat exploratief onderzoek doen en daar heb ik hoge verwachtingen van. Met een beetje geluk kunnen we erachter komen wat het effect is van bepaalde genetische modificaties.’

Om het project vervolgens van de grond te krijgen, is volgens Van den Berg grootschalige samenwerking nodig. ‘Daar ga ik een voorstel voor schrijven. We hebben verschillende experts nodig, zoals een fytoplankton-kenner.’ Een Europese Grant zou grootschalig en multidisciplinair onderzoek mogelijk maken. ‘Met zo’n programma kunnen we twintig aio’s aan het werk zetten. Dan is binnen vier of vijf jaar wel duidelijk of mijn idee serieus iets oplevert.’

‘Ik ben natuurlijk een optimist; de praktijk is weerbarstig. Voor mij is het inspireren van andere wetenschappers ook een belangrijk doel. Wat kunnen wij als onderzoekers met onze expertise doen om het klimaatprobleem aan te pakken? Ik denk dat de Universiteit Twente, naast dit idee, nog veel meer heeft te bieden. Bovendien: er komt altijd wat uit. Zet twintig slimme mensen bij elkaar en ze vinden iets nuttigs. Al is het maar een mooi, nieuw nanostructuurtje.’

De AIO

Douwe de Bruijn heeft net zijn master afgerond bij BIOS Lab-on-a-Chip, de vakgroep van Albert van den Berg. Hij zal als aio onderzoek gaan doen naar het effect van de genetische modificaties. ‘Ik zie de opwarming van het klimaat als een reëel probleem’, vertelt hij. ‘We focussen met dit onderzoek specifiek op de CO2 toename, wat voor een veranderend ecosysteem zorgt. Dat geeft mij een extra drive. Ik begin half juli met het project. Voor mij is de grootste uitdaging om een chip te maken, waarop ik de plankton kan bestuderen. Het is een soort mini aquarium. Door deze techniek kunnen we beter begrijpen wat er gebeurt in de oceaan.’