Op een ijskoude decembernacht maakte bioloog Vera Emelianenko een wandeling in de buurt van een noordelijk gelegen onderzoeksstation in het Russische noordpoolgebied, aan de kust van de Witte Zee. Ze werd vergezeld door Mikhail Neretin, de zoon van de op het station werkzame moleculair bioloog, en twee honden, een reisenschnauzer en een soft coated wheaten terrier.
Terwijl ze door de opgevroren sneeuw op het strand ploegden, zag Neretin iets blauws oplichten. Had Emelianenko haar telefoon soms laten vallen?
Toen ze naar het schijnsel toeliepen, bleken ook hun voetstappen een hemels blauw licht op te leveren. ‘Het waren net blauwe kerstlichtjes in de sneeuw,’ aldus Emelianenko.
Ze bukte zich voorover om een handvol sneeuw op te pakken. Het licht dat de sneeuwbal verspreidde werd helderder toen ze er even in kneep. De voorop lopende honden lieten een oplichtend spoor achter, alsof het noorderlicht vanuit de hemel in de sneeuw was gegoten.
Na verschillende telefoontjes, berichten en foto’s braken de biologen van het station en een groep mariene wetenschappers in heel Rusland zich het hoofd over de ontdekking. Emelianenko en Neretin namen de op het station werkzame fotograaf Alexander Semenov mee voor beeldmateriaal. ‘We hebben alles bij elkaar wel zo'n twee uur lang door de sneeuw lopen stampen’, op zoek naar de oplichtende plekken, aldus Semenov.
Een dag later legde Emelianenko een lichtgevende sneeuwbal onder een stereomicroscoop, op zoek naar oorzaak van de bioluminescentie. Ze prikte vergeefs met een naald in de restanten van de bal terwijl ze wachtte tot deze geheel was gesmolten. Tot ze in de papperige inhoud van het petrischaaltje een paar petieterige eenoogkreeftjes zag. Toen ze deze in het water levende schaaldiertjes een por gaf, straalden ze een zwak blauw uit.
Lees ook: Deze diepzeehaai is een van de grootste bioluminescente dieren ter wereld
Dit is waarschijnlijk de eerste officiële verklaring voor oplichtende sneeuw in het noordpoolgebied. Het verschijnsel werd al wel eens eerder waargenomen door onderzoekers, maar werd nooit goed onderzocht.
Het leven van een eenoogkreeftje
Eenoogkreeftjes zijn minuscule schaaldieren van slechts enkele millimeters, een lengte van een paar zandkorrels achter elkaar. ‘Het zijn de insecten van de zee,’ legt marien bioloog Steven Haddock uit, die onderzoek doet naar diepzeeplankton aan het Monterey Bay Aquarium Research Institute. ‘Ze zijn klein en komen heel veel voor, en ze worden door talloze dieren gegeten.’
Ze krijgen weinig aandacht en komen nauwelijks voor in films of op tv (met het eenoogkreeftje Plankton uit SpongeBob SquarePants als uitzondering die de regel bevestigt), maar vermoed wordt dat de biomassa in zee voor het grootste deel uit eenoogkreeftjes bestaat. Het zijn passieve zwemmers, wat inhoudt dat ze niet tegen de stroom in kunnen zwemmen. Deze specifieke soort eenoogkreeftjes (Metridia longa) drijft onder meer rond in zee in de Canadese Straat Hudson, voor de Amerikaanse staat Maine en in het noordpoolgebied.
Maar de Metridia hebben niks te zoeken langs de kust van de Witte Zee aldus Ksenia Kosobokova, die als deskundige op het gebied van zoöplankton uit het noordpoolgebied aan de Russische Academie van Wetenschappen in Moskou werkt. Ze worden meestal verder op zee aangetroffen. Daar bevinden ze zich overdag op een diepte tussen de 25 en 100 meter en stijgen ze ‘s nachts (wat in de winter dus bijna voortdurend is) op tot minder dan een meter onder de zeespiegel, legt Kosobokova uit.
Wat er volgens Kosobokova moet zijn gebeurd, is dat de kreeftjes in een sterke stroming terecht kwamen. Twee keer per dag spoelt bij vloed het ijskoude water van de Witte Zee (en alles wat daarin leeft) over de scheuren in het ijs en de sneeuw. Zwakke zwemmers als de eenoogkreeftjes kunnen daaraan niet ontkomen.
Mogelijk was de getijstroom sterker dan anders op 1 december, de dag dat het fenomeen voor het eerst werd waargenomen. Het was bijna nieuwe maan en het zou nog drie dagen duren voor de maan het perigeum zou passeren waarbij hij het dichtst bij de aarde zou staan in heel 2021. Die beide natuurverschijnselen zorgen voor een extra sterke getijdenstroming. Maar uit het feit dat er ook op 16 december opgloeiende sneeuw werd waargenomen, blijkt dat de omstandigheden hier niet slechts een keer per jaar geschikt voor zijn.
Hoe het eenoogkreeftje aan zijn schijnsel komt
Bioluminescentie wordt meestal veroorzaakt doordat een klein molecuul dat energie kan opslaan, luciferine genaamd, oxideert. Luciferine produceert een zeer zwak, gelijkmatig lichtschijnsel. Maar in combinatie met het enzym luciferase wordt de reactie versneld, en groeit het zwakke schijnsel uit tot een flits.
Lees ook: Wat is die blauwe gloed bij Big Sur in Californië?
‘Ze hebben dus die twee moleculen in zich, een lichtverspreider en een versneller,’ legt Haddock uit. Bij bepaalde eenoogkreeftjes vindt de reactie tussen het luciferine en luciferase inwendig plaats, maar de Metridia longa heeft klieren op zijn kop en lijf waarmee hij het lichtgevende materiaal afscheidt. ‘Ze schieten die twee moleculen tegelijkertijd weg, die zorgen voor een klein flitsje in het water.’ (Lees verder: Zo werkt bioluminescentie in de natuur.)
Wetenschappers denken dat Metridia en andere eenoogkreeftjes bioluminescentie gebruiken als verdedigingsmechanisme. ‘Vermoed wordt dat vijanden schrikken door het licht, waardoor ze de eenoogkreeftjes uitspugen, of dat het licht zorgt voor een afleiding, waardoor de eenoogkreeftjes kunnen vluchten,’ vertelt Todd Oakley, hoogleraar evolutionaire ecologie en mariene biologie aan de University of California Santa Barbara (UCSB).
Spookachtige lichtjes
Kosobokova denkt dat de eenoogkreeftjes in de sneeuw nog leefden; plankton dat in het noordpoolgebied leeft is immers gewend aan de vrieskou. Maar volgens deskundigen op het gebied van bioluminescentie zou het ook goed kunnen dat de diertjes al dood waren - wat hun blauwe gloed is spookachtigs geeft.
Zoals veel onhandige kinderen tot hun verdriet merken, gloeien vuurvliegjes ook nog als ze per ongeluk doodknijpt.
‘Wij zien het ook bij onze proefdieren,’ voegt Haddock daaraan toe. ‘Je verzamelt een bepaalde soort en doet die in de koeling om later te bestuderen. Als je ze vervolgens tevoorschijn haalt, gaan ze licht geven. De chemische bestanddelen in hun lichaam kunnen nog steeds een reactie aangaan.’
Emily Lau van de UCSB kijkt voor haar afstudeeronderzoek naar de biochemische aspecten van bioluminescentie in vissen en de aan het eenoogkreeftje verwante mosselkreeftjes. Deze diertjes doen denken aan een sesamzaadje met ogen. ‘Je kunt ze drogen en ondanks dat ze dood zijn produceren ze toch bioluminescentie wanneer je ze in het water plet,’ vertelt ze.
‘Zo lang dat kleine molecuul luciferine er is, zal er bioluminescentie optreden,’ aldus Lau.
Volgens Jørgen Berge die aan de Noorse Universitetet i Tromsø onderzoek doet naar de poolnacht en ecosystemen in de poolzee is het mogelijk voorbarig om de eenoogkreeftjes alle credits te geven voor de lichtshow. Berge heeft soortgelijke afzettingen gezien in de sneeuw langs de kust van Spitsbergen. Hij denkt dat klompjes dinoflagellaten, eencellige algen die ook bioluminescentie kunnen veroorzaken, mogelijk een betere verklaring zijn voor het verschijnsel (hoewel hij geen onderzoek heeft gedaan naar de samenstelling van de oplichtende sneeuw.)
Lees ook: Sprookjesachtig: bevroren watervallen in Kroatië
Dinoflagellaten zijn de oorzaak van veel spectaculaire voorbeelden van bioluminescentie, zoals de ‘fosforescerende baaien’ in Puerto Rico, waar zwemmers elkaar kunnen natspatten met licht, of de dolfijnen die lichtgevende sporen achterlaten voor de kust van Californië. (Lees ook: Deze diepzeehaai is een van ‘s werelds grootste lichtgevende dieren.)
‘Je aandacht wordt al snel getrokken door het grootste organisme in een monster dat je onderzoekt,’ aldus Berge. Maar wanneer je in een monster een diertje vindt dat in staat is tot bioluminescentie, kan het nog steeds zo zijn dat er een ander diertje, dat minder goed zichtbaar is, toch de oorzaak is. Berge erkent wel dat het licht bijzonder fel is, ook voor dinoflagellaten.
Een van de meest verbazingwekkende dingen is misschien nog wel dat de oplichtende sneeuw nooit eerder was waargenomen bij het onderzoeksstation dat al ruim tachtig jaar in gebruik is. De 24-jarige Emelianenko en de 18-jarige Neretin waren de eersten. Dat zou ook kunnen worden verklaard doordat de meeste mensen niet voor hun lol buiten gaan wandelen in de poolnacht, aldus Kosobokova. Het is niet heel uitnodigend. ‘Er zijn hier ook beren en wolven,’ voegt Semenov daar aan toe.
De jonge biologen werden echter beloond voor hun scherpe gezichtsvermogen en het trotseren van de kou. ‘Er zijn zoveel fantastische dingen te ontdekken als je kinderlijk nieuwsgierig durft te zijn,’ aldus Haddock.
Semenov is dat met hem eens. ‘Je verwacht het gewoon niet om vlak voor je neus een vorm van schoonheid te zien waarvan je niet eens wist dat die kon bestaan.’
