Zeeuws diepzee-onderzoek toont zelforganiserende tijgerpatronen aan in koudwaterkoraal

Voor het eerst is het bewijs boven water gekomen dat zelfs koudwaterkoraalriffen die in de koude en donkere diepzee leven, groeien in zelforganiserende patronen. Dergelijke patroonvorming is een 'truc' die de veerkracht van ecosystemen onder veranderende omstandigheden vergroot. Omdat licht niet ver in de oceaan doordringt, is het niet mogelijk om overzichtsfoto's van de zeebodem te maken. Promovenda Anna van der Kaaden, theoretisch ecoloog bij het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee (NIOZ), heeft grote hoeveelheden videomateriaal met een beperkt gezichtsveld uit de diepzee geanalyseerd om een eerste glimp van deze patronen op te vangen. Haar bevindingen zijn nu gepubliceerd in Ecosphere.

Koudwaterkoraalrif in de diepzee. De diepzee is al het water dieper dan 200 meter. Zonlicht kan op deze diepte niet doordringen. Foto: Dick van Oevelen (NIOZ)

Tijgerstrepen

De koudwater koraalrifpatronen die worden gevonden, hebben de bijnaam 'tijgerrifpatronen' gekregen en lijken op de bekendere 'tijgerstruiken'; parallelle vegetatiebanden op de Afrikaanse vlakten. Ecosystemen op het land en in het water hebben 'trucjes' ontwikkeld waarmee ze kunnen reageren op veranderingen in het milieu zonder hun functie te verliezen. Dit maakt ecosystemen veerkrachtig. De vorming van regelmatige patronen is zo'n mechanisme waarmee ecosystemen zich geleidelijk kunnen aanpassen aan veranderingen. Plotselinge veranderingen zijn typisch ongunstig in ecosystemen omdat ze vaak kunnen leiden tot het verdwijnen van bepaalde ecosysteemfuncties of tot het uitsterven van soorten. Deze mechanismen zijn beschreven voor veel terrestrische en kustecosystemen.

Een proof of concept

"Er waren aanwijzingen dat ook koudwaterkoralen regelmatige ruimtelijke patronen vormen door zelforganisatie, maar dit is nooit aangetoond vanwege de moeilijkheden van het werken in de diepzee. Licht dringt niet goed door water heen, dus we kunnen geen luchtfoto's van de diepe zeebodem maken. De beelden die we wel hebben zijn van heel dichtbij," zegt Van der Kaaden. Gedetailleerde gegevens die door diepzeeonderzoeksexpedities zijn verzameld, bestaan voornamelijk uit linten van beelden die elk maar twee meter breed zijn. Hoe kun je een overzicht maken van een rifcomplex dat 15 km lang is met slechts een paar linten van beelden? Van der Kaaden en haar collega's moesten veel statistische analyses doen en computermodellen maken van het rif. "We wilden het concept bewijzen dat we zelfgeorganiseerde ruimtelijke patronen kunnen bestuderen door dit soort beelden te analyseren. Dit zou ook interessant kunnen zijn voor andere diepzee ecosystemen."

Langzame aanpassing aan veranderingen in het milieu

Interessant genoeg vonden we regelmatige patronen in het voorkomen van koudwaterkoralen. Deze patronen vertellen veel over hoe deze diepzeeriffen zich vormen en hoe ze veranderen als het klimaat verandert. Van koudwaterkoralen wordt gedacht dat ze erg gevoelig zijn voor veranderingen. Ze groeien en ontwikkelen zich heel langzaam. Maar dit nieuwe onderzoek laat zien dat de koralen in staat zouden kunnen zijn om hun rifconfiguratie aan te passen aan veranderingen in het milieu.

Zelfgeorganiseerde patronen in mosselriffen, gevormd als rimpelingen op het strand. Koraalriffen in de diepzee hebben vergelijkbare patronen, hoewel ze onmogelijk te fotograferen zijn vanwege de duisternis in de diepzee. Foto: Norbert Dankers.

Een basis voor herstel

Bovendien worden de patronen gevonden in het dode en ook in het levende koraal. Dit betekent dat het raamwerk van dode koralen sjabloonpatronen levert die het herstel van levende koralen vergemakkelijken. "Deze bevinding is belangrijk voor het herstel van diepzeekoraalriffen," zegt Van der Kaaden. "Bovendien vertelt het ons dat bodemsleepnetten zeer schadelijk zijn voor de koudwaterkoraalriffen, omdat ze deze sjabloonpatronen voor koraalherstel vernietigen."

Uitdagend onderzoek

Het is onmogelijk om grootschalige foto's of scans te maken van diepzee-ecosystemen zoals koudwaterkoraalriffen. Door de duisternis in de diepzee is er alleen foto- en videomateriaal beschikbaar dat op enkele meters afstand van de zeebodem is gemaakt. Het bestuderen van patronen in het beschikbare videomateriaal was een uitdaging voor Van der Kaaden. Ze keek naar het ecosysteem van de diepzee alsof ze door een smalle buis keek. Ze was blij bewijs te vinden voor patronen in koudwaterkoraalriffen. Vergelijk het met het bestuderen van een duinlandschap met informatie die je direct kunt zien naast het pad waarop je loopt - meer niet. Van der Kaaden gebruikte wiskundige hulpmiddelen om informatie te krijgen over terugkerende patronen in het lint van beelden van de zeebodem. "Ik was erg blij dat de methode werkte; dat we regelmatige patronen vonden die wijzen op zelforganisatie. Het was een verrassing dat we de regelmatige patronen in het levende èn dode koraal apart konden bestuderen. Door beide te vergelijken kregen we veel extra informatie."