Baanbrekend onderzoek naar het kleine leven onder water

Hoe kunnen we het leven onder water beter monitoren? Dit is de vraag waar Sebastiaan Schep, aquatisch ecoloog bij Witteveen+Bos, zich al heel lang mee bezig houdt. Tien jaar geleden bezocht hij een congres over nieuwe technieken dat werd georganiseerd door STOWA. Daar kwam hij op het idee om DNA toe te passen voor breed onderzoek onder water. DNA-onderzoek bestond al wel, maar het werd vooral voor onderzoek naar enkele soorten gebruikt, zoals naar exoten of muskusratten. En niet voor de monitoring van de diversiteit van soorten in de volle breedte. En zeker ook niet voor onderzoek naar bacteriën, veruit de onbekendste soorten onder water.

eDNA: environmental DNA

Schep, met zijn ervaring met het analyseren van watersystemen, kwam in contact met Kees van Bochove van Datura Environmental Solutions die alles weet van DNA-technieken. Samen startten ze met de ontwikkeling en van een nieuwe toepassing: eDNA (environmental DNA). Schep: “We kijken naar het vrij beschikbare DNA in het milieu: in het water, de bodem en de lucht. In het water laten alle kleine en grote organismen, bacteriën, planten en vissen, DNA achter. We verzamelen dit materiaal, dat overal in het water aanwezig is, en brengen het in beeld. Op deze manier kunnen we in kaart brengen welke soorten op verschillende plekken in het water aanwezig zijn.”

Schep en Van Bochove gingen dit idee allereerst testen. Dat wil zeggen dat Van Bochove en collega’s, met rubberlaarzen aan naar stilstaande waterpartijen gingen om monsters te nemen. Schep legt uit: “We begonnen hiermee bij vier heldere en vier troebele plassen die we met elkaar konden vergelijken. Het eDNA van de heldere waterpartijen leek op elkaar en dat van de troebele ook, maar ze vertoonden onderling juist veel verschillen. Dit gaf ons het vertrouwen dat deze aanpak zou kunnen werken. Inmiddels hebben we zo’n duizend metingen gedaan. Hierdoor kunnen we uitkomsten met elkaar vergelijken.”

Stikstof vastleggen

Ze kregen hierbij ook een beeld van de aanwezigheid van bacteriën. Wat bleek? Van de ongeveer 10.000 soorten onder water die we kunnen herkennen, bestaat zo’n 90 procent uit bacteriën. De groep bacteriën in het water is veruit het onbekendst. Schep vertelt: “Veel van deze organismen missen we in de database, we kunnen ze niet thuisbrengen. Nu DNA-technieken steeds vaker worden toegepast, kunnen we deze beter in beeld brengen. De volgende stap is dat we functies aan die bacteriën koppelen. Zo zijn sommige cyanobacteriën (blauwalg) in staat om stikstof uit de lucht vast te leggen.” Partijen die meewerken aan dit project zijn onder andere waterschappen, STOWA en Rijkswaterstaat.

Uit de metingen blijkt dat de concentratie van DNA in het water sterk kan verschillen. Een hoge concentratie wijst vaak op de aanwezigheid van meststoffen of organisch materiaal uit zuiveringen. Het aantal soorten is dan lager. Lage concentraties komen voor in mooie beken of kraakheldere plassen. In deze waterpartijen zie je vaak grotere aantallen van soorten. Daarnaast kun je kijken naar de verschillende soorten die voorkomen. Sommige soorten wijzen op schoon en andere op vies water.

Uniek DNA

De resultaten van onderzoek op basis van eDNA geven een ander beeld van ons watersysteem. Schep ziet uiteenlopende uitkomsten op verschillende plekken en ook op verschillende momenten. In de zomer 2018 was er sprake van droogte. Er werd veel water uit het IJsselmeer ingelaten. Daardoor ging het DNA in het water op verschillende plekken op elkaar lijken. Hij kan ook zien hoe uniek het DNA in een waterpartij is, zoals bijvoorbeeld in het Uddelermeer, geïsoleerd water bij de Veluwe. Dit is zogezegd oud water, maar jong water bestaat ook. Het water in een diepe polder bestaat voornamelijk uit grondwater. Als dat water in de boezem terecht komt, bestaat het voornamelijk uit bacteriën. Het is jong water dat nog tot leven moet komen. Maar dat gebeurt pas benedenstrooms, dan is het aantal soorten toegenomen.

Het onderzoeken van het waterleven met eDNA kan als een earlywarning-systeem dienen. Bij Eijsden wordt eDNA in de Maas gebruikt om plotselinge veranderingen in de samenstelling van het water te signaleren. Hiermee kunnen crisissituaties snel worden herkend.

Toxische druk

Sebastiaan Schep: “We onderzoeken nu ook de relatie met toxische druk. Van heel veel mogelijk giftige stoffen weten we niets. We kunnen ze niet goed meten en we weten niet wat ze doen met het waterleven. Met eDNA zijn we in staat om te bepalen wat de invloed van deze stoffen op de waterkwaliteit is. En dat is in maatschappelijke zin een grote stap voorwaarts.”

Door Hilde Roothart