Elk voorjaar veranderen jonge garnalen in de Middellandse Zee van mannelijk naar vrouwelijk - een belangrijk stadium in hun voortplantingsontwikkeling. Deze verandering vindt plaats vanwege een overvloed aan een bepaald type microalgen waarop de soms neon groen getinte garnalen vertrouwen voor het overleven van hun soort. Naarmate de verzuring van de oceaan toeneemt, kan het de chemische samenstelling van de microalgen veranderen, waardoor de voortplantingsvoortgang van de garnalen mogelijk wordt belemmerd en hun bestaan wordt bedreigd, melden onderzoekers deze week in PLOS ONE .
De garnalen, Hippolyte inermis Leach, dineren op een specifiek soort microalgen genaamd Cocconeis scutellum parva, die bloeit in de zeegrasweiden van de Middellandse Zee, inclusief verzuurde openingen in de baai van Napels. Het eten van de microalgen regelt de voortplantingscyclus van de garnalen.
Wetenschappers zijn al jaren gefascineerd door de seksuele ontwikkeling van deze vreemde kleine garnalen. Hoewel Hippolyte inermis wordt beschouwd als een hermafrodiet zoals veel andere schaaldieren, is het ongebruikelijk dat het snel overgaat van mannelijk naar vrouwelijk zonder ooit een tussenstadium te doorlopen met attributen van beide. Dit sex-reversal-systeem heeft twee verschillende reproductieve seizoenen. Tijdens de herfst, wanneer Cocconeis- microalgen schaars zijn, worden de meeste pasgeboren garnalen mannelijk geboren. Na de lente verouderen hun mannelijke geslachtsklieren en vallen ze af in een enkele vervelling en ontwikkelt zich een eierstok.
Maar jongere garnalen die in het voorjaar worden geboren wanneer er veel microalgen zijn, kunnen zich onmiddellijk tot vrouwtjes ontwikkelen door een nog snellere geslachtsomkering te ondergaan. Eerdere studies hebben aangetoond dat Cocconeis verantwoordelijk is voor deze snelle verandering. Door een nog onbekende samenstelling vrij te geven wanneer gegeten, doodt Cocconeis de cellen in de mannelijke geslachtsklier van de garnaal, waardoor deze voortijdig overgaat. Deze lenteschakelaar helpt het evenwicht te herstellen nadat de bevolking in de winter een klap krijgt wanneer roofdieren, zoals zwarte schorpioenvis, de garnalen verslinden.
Hoofdauteur van de studie Mirko Mutalipassi, een mariene biotechnoloog aan de Stazione Zoologica Anton Dohrn in Napels, benadrukt dat de afhankelijkheid van de garnalen van de microalgen zo sterk is dat hun populatiegroei synchroon loopt met microalgenbloei.
"Het is echt belangrijk voor deze garnalen, " zegt Mutalipassi. "Dit is de stabiliserende factor voor hun natuurlijke populatie, omdat het de garnalen in staat stelt veel eieren te produceren en te voorkomen dat ze worden weggevaagd vanwege predatie."
De aanwezigheid van zo'n sterke plant-dierrelatie in zure omstandigheden inspireerde Mutalipassi om het te gebruiken als een hulpmiddel om te bestuderen hoe verhoogde verzuring van de oceaan dit ecosysteem zal beïnvloeden. "Ik ben echt gefascineerd door co-evolutie, zowel vanuit fysiologisch oogpunt als vanuit moleculair oogpunt", zegt hij. “Het is echt een interessante manier om te kijken hoe twee organismen met elkaar omgaan. Het is ook een goed model om het effect van wereldwijde veranderingen op microalgen en ongewervelde dieren te bestuderen. "
Mutalipassi en zijn co-auteurs Valerio Zupo en Valerio Mazzella, beide onderzoekers van Stazione Zoologica, gebruikten de garnalenpopulatie als een sonde om te zien wat er gebeurt met de chemische samenstelling van de microalgen naarmate de oceaan zuurder wordt. Het onderzoeksteam liet Cocconeis groeien met twee verschillende zuurgraadniveaus: één onder de huidige omstandigheden en één op basis van de voorspelde stijging van de oceaanzuurgraad in de volgende eeuw naarmate de kooldioxidegehalte toeneemt. Daarna voedden ze pasgeboren garnalen met een van de twee groepen microalgen en observeerden ze of ze een verschillend aantal vrouwtjes hadden, wat zou wijzen op een verandering in de samenstelling van de microalgen die de ontwikkeling van de garnalen aandrijft.
De resultaten van het team waren verrassend. In tegenstelling tot sommige andere microalgen die niet gedijen onder hoge CO 2 -niveaus, bloeide Cocconeis en groeide vier keer meer cellen onder verzuurde omstandigheden. Deze toename in groei impliceert dat de microalgen een concurrentievoordeel kunnen hebben in verzuurde oceanen van de toekomst.
De garnalen die werden gevoerd met microalgen die in hogere niveaus van waterverzuring werden gekweekt, eindigden met ongeveer de helft van het aantal vrouwtjes dan de garnalen die de normale microalgen kregen. Een dergelijk drastisch verschil suggereert dat de chemische verbinding die de mannelijke geslachtsklieren van de garnaal vernietigt, kan worden veranderd door de verzuurde omstandigheden, waardoor minder vrouwtjes worden geproduceerd. Met andere woorden, Cocconeis gedijt, maar de garnalen lijden.
"Dit werk is een goed voorbeeld van onderzoekers die verder gaan dan enkele fundamentele vragen over overleven en groei van een enkel organisme om ook de relaties tussen soorten te onderzoeken, " zegt marien bioloog Kaitlyn Lowder van het Scripps Instituut voor Oceanografie aan de Universiteit van Californië, San Diego, in een e-mail. "Om beter te begrijpen hoe onze mariene ecosystemen er in de toekomst uit zullen zien, is het ongelooflijk belangrijk om te kijken naar de interactie tussen trofische niveaus, wat moeilijk kan zijn om te doen in een laboratorium."
Schijnbaar subtiele veranderingen zoals deze die domino-effecten in een ecosysteem kunnen veroorzaken, zijn kenmerkend voor de impact van klimaatverandering. Terwijl verzuring van de oceaan de omstandigheden van zeewater blijft verstoren, proberen onderzoekers te achterhalen hoe dergelijke veranderingen zelfs de kleinste levensvormen op onze planeet kunnen beïnvloeden.
Lowder, die niet bij dit onderzoek betrokken was, betoogt dat het bestuderen van veranderingen in het gedrag van organismen cruciaal is om bewustzijn te krijgen over de veranderende omgeving. "Alleen door deze vragen over de seksuele transitie van garnalen na te streven ... kunnen wij wetenschappers een beter idee krijgen van hoe onze oceanen er in de toekomst uit kunnen zien", zegt ze. "En belangrijker, [we kunnen] meer verhalen hebben over de mogelijke gevolgen van verzuring van de oceaan om de publieke bezorgdheid over deze voortdurende verandering in onze oceanen te vergroten."
Mutalipassi heeft vergelijkbare opvattingen en beweert dat de chemische verbinding echt een 'infochemisch' is voor het milieu - een onderwaterversie van een kanarie in een kolenmijn.
"We weten nu dat verzuring van de oceaan een delicate ecologische relatie kan verstoren die zich gedurende een miljoen jaar heeft ontwikkeld", zegt Mutalipassi. "Dit betekent dat we eigenzinnige gevolgen hebben met de veranderingen die we in onze wereld aanbrengen."
Hij wijst er ook op dat de relatie tussen microalgen en garnalen slechts een van de vele is die kan worden beïnvloed. "De impact van verzuring in de oceaan is groter dan wat we in de studie zien", zegt hij. "We kijken alleen naar een klein stukje van de puzzel."
