Magnetische bacteriebolletjes pingpongen in de Waddenzee

vrijdag 16 oktober 2009

Door Tim van Oijen

Duitse wetenschappers hebben in de Waddenzee klompjes van enkele tientallen bacteriën ontdekt, die zich gezamenlijk met hun zweepstaartjes voortbewegen en daarbij voor hun richtingsgevoel gebruik maken van het aardmagnetisch veld. Dit soort bacteriebolletjes waren tot nu toe alleen in Noord- en Zuid-Amerika waargenomen.

De Waddenzee herbergt een enorme diversiteit aan organismen. Veel soorten zijn gemakkelijk met het oog zichtbaar, maar ook buiten het bereik van het menselijk oog krioelt het van het leven. Zoals de onlangs ontdekte MMP’s: klompjes van bacteriën, die behoren tot de Meercellige, Magnetotactische Prokaryoten. “Prokaryoot” betekent: zonder celkern. “Magnetotactisch” betekent dat deze bacteriën in staat zijn om hun weg te vinden met behulp van het aardmagnetisch veld. Het is de eerste keer dat deze bolletjes buiten het Noord- en Zuid-Amerikaanse continent zijn gevonden. Bovendien werden ze eerder alleen aangetroffen op kwelders of in lagunes en nog nooit op wadplaten.

Als een magneet

De Duitse ontdekkers hebben wadplaten nabij het Duitse Cuxhaven bemonsterd. In het laboratorium werd een magneet boven de sedimentmonsters gehouden om MMP’s te lokken. Bij enkele monsters kwamen deze inderdaad tevoorschijn en hoopten zich bij de magneet op. Vervolgens was het een koud kunstje om de bacteriën met een pipetje op te zuigen en ze nader te bestuderen.

De braamvormige bacteriehoopjes zijn maar een paar micrometer (1 micrometer = 1/1000 mm) in diameter en bestaan uit enkele tientallen cellen. De afzonderlijke bacteriecellen zijn goed zichtbaar op elektronenmicroscopische foto’s (afbeelding 1). Met een iets andere techniek is het draderige oppervlak van de klont te zien (afbeelding 2). Ook zijn de magnetosomen goed te onderscheiden (afbeelding 3), dit zijn de structuren waarmee de bacteriën het magnetisch veld kunnen waarnemen. Ze zijn kogelvorming en gerangschikt in meerdere rijen naast elkaar. De magnetosomen van alle cellen van het klompje staan allemaal dezelfde kant op gericht. Met een röntgentechniek kon worden aangetoond dat ze uit een van nature magnetische vorm van ijzersulfide bestaan.

De bacteriecellen hebben elk hun eigen zweepstaartaandrijving en magnetosomen, maar het bolletje vormt een goed samenwerkende eenheid. Typerend voor MMP’s is dat ze een “pingpong”-beweging vertonen (filmpje). Deze beweging bestaat uit een fase waarin de cellen met de veldlijnen van het magnetisch veld meezwemmen, afgewisseld met verplaatsingen in tegengestelde richting.

Chemotaxis

Genetische analyse heeft aangetoond dat het een nieuwe soort betreft. Wel kon verwantschap worden aangetoond met een sulfaatreducerende bacteriesoort. Er komen veel van dit type bacteriën voor in de Wadden. Ze gebruiken sulfaat om in zuurstofloze lagen van de wadbodem toch in staat te zijn om organisch materiaal af te breken. Het sulfaat wordt gereduceerd tot sulfide, terwijl het organisch materiaal wordt geoxideerd tot koolzuurgas. In het genetisch materiaal van de MMP’s werden genen gevonden die betrokken zijn bij deze sulfaatreductie, dus daarmee is het zeer aannemelijk dat zij dit ook kunnen. Het komt hen daarbij goed uit dat ze niet alleen in staat zijn om te reageren op magnetisme, maar ook op de aanwezigheid van bepaalde chemische stoffen. Deze zogeheten chemotaxis helpt de bacteriën om te bepalen waar ze moeten gaan zitten in de gelaagde wadbodem. Overigens is chemotaxis veel wijder verspreid onder bacteriën dan magnetotaxis. Het blijft vooralsnog onduidelijk welk nut het reageren op magnetisme precies heeft.

Historie

De eerste magnetotactische bacteriën zijn in de jaren zeventig ontdekt door de wetenschapper Richard Blakemore. Hij bestudeerde wat zwavelrijke modder uit een kwelder onder de microscoop en zag de bacteriën allemaal keurig van het zuiden naar het noorden bewegen. Hij kwam op het lumineuze idee om eens een magneet bij zijn microscoop te houden. Hij zag dat prompt alle bacteriën hun zwembeweginkjes aanpasten aan het magnetisch veld, alsof het mobiele kompasnaaldjes waren.

Dit filmpje toont magnetotaxis en de typische \"pingpong\"-beweging die MMP\'s maken.


Bronnen

Wenter, R., G. Wanner, D. Schüler en J. Overmann (2009). Ultrastructure, tactic behaviour and potential for sulfate reduction of a novel multicellular magnetotactic prokaryote from North Sea sediments. Environmental Microbiology 11 (6), p. 1493-1505.

Artikel WadWeten

Het wekelijkse artikel WadWeten verschijnt in de digitale nieuwsbrief en op de websites van de Waddenvereniging en Waddenacademie. In deze serie artikelen wordt het waddengebied beschreven vanuit verschillende onderzoeksdisciplines, zoals de biologie, de geologie en de cultuurhistorie. Een wetenschappelijke benadering in heldere taal. De berichten worden beurtelings geschreven door wetenschappers van Ecomare, de Waddenacademie en de Waddenvereniging.

In 2010 werden een aantal WadWeten artikelen gebundeld in het boekje Waddenwijsheid (ISBN 9789087410230). Begin 2015 kwam er een vervolg: Meer Waddenwijsheid. Het rijk geïllustreerde boek geeft antwoorden op vragen als: welke beestjes krioelen er in het zand, welke wadvogels werden gegeten in de terpentijd, hoe oud wordt een zwaardschede, welke stormen zijn gevaarlijk voor de Wadden. Dit prachtige boek boordevol Waddenkennis is verkrijgbaar bij de boekhandel voor € 12,90 (ISBN 9789087410322).

Ecomare Waddenacademie Waddenvereniging