Beestjes buiten beeld

Onder de microscoop lijkt de bodem van het Zwarte Woud wel een sprookjeswereld - excemplarisch voor ecosystemen overal op de aarde.

Er bestaan zo’n 1300 soorten beerdiertjes. De soort op de foto werd onlangs ontdekt in Duitsland, in mos op dode boomstammen in het Zwarte Woud. Het beestje is een van de miljarden organismen in de bosbodem die onze planeet gezond helpen houden, en is veel te klein om met het blote oog waar te nemen.

Foto door Oliver Meckes, Nicole Ottawa
Door Ferris Jabr
Gepubliceerd 13 sep. 2022 10:16 CEST

Wat zie je? Aarde natuurlijk: zacht, weelderig en zo donker als cacao. Dennennaalden en rottende bladeren. Stukjes korstmos. De lichte lamellen van de onderkant van een zwam. Wellicht een regenworm die probeert weg te kruipen voor het licht, of een mier die verbaasd om zich heen tuurt omdat zijn wereld plotsklaps wordt opgetild.

Maar dat handje aarde is veel meer dan dat. Vraag maar aan Sue Grayston.

Schimmels als Resinicium bicolor (rechts) behoorden tot de eerste bodembewoners die dode bomen afbreken. Ze nemen lignine (houtstof) op, een organische verbinding in celwanden van planten. Zonder al die schimmels, mijten, wormen en andere minuscule levensvormen zou de planeet niet zijn bedekt met aarde.

Graystons verwondering over de bodem en alles wat erin rondkruipt, begon in haar achtertuin in het Engelse Stockton-on-Tees. Als meisje hielp ze haar moeder al bij het inzaaien van gewassen en het snoeien van de appelbomen, rozen en rabarber. Ze was dol op Beatrix Potter. Niet alleen vanwege haar kinderboeken over ondeugende konijntjes, maar ook door haar wetenschappelijke illustraties van schimmels in allerlei wonderbaarlijke vormen en maten.

Als student raakte Grayston geïntrigeerd door de keur aan leven in de aarde, dat door het oculair van haar microscoop opeens tot leven kwam. Ze had haar roeping gevonden. In 1987 promoveerde ze in microbiële ecologie aan de University of Sheffield. Na een baan in de landbouwbiotechnologie in het Canadese Saskatchewan werkte ze als onderzoeker aan het Macaulay Land Use Research Institute in Schotland, dat nu onderdeel is van het James Hutton Institute. Samenwerkingen met plantenecologen zetten haar op het pad dat het grootste deel van haar carrière in beslag zou nemen: de complexe verbanden tussen de kleinste en grootste bodembewoners, oftewel microben en bomen.

In de bosgrond leeft een grotendeels onzichtbaar, geheim genootschap dat ecosystemen in stand houdt. Door innovatief veldonderzoek te combineren met geavanceerde DNA-sequencingtechnieken zijn Grayston en haar collega-ecologen erin geslaagd deze verstopte maar actieve gemeenschap duidelijker in kaart te brengen.

‘Vroeger hadden we geen idee dat veel van het leven op aarde zich in de bodem ophoudt, zegt Grayston. ‘Daar is de afgelopen decennia verandering in gekomen.

Eencellige geschaalde amoeben hebben een harde schil van kiezelhoudende schubben, mogelijk om ze te beschermen tegen ecologische veranderingen in het bosafval.

Samenkomen

Diep onder het bladerdak van vele bossen gaan draadvormige schimmels een symbiose aan met boomwortels. Via zogenaamde mycorrhizanetwerken wisselen ze water, voedsel en informatie uit. Eencellige amoeben smelten samen tot kwabben slijmzwammen die in steeds wisselende vormen over of in de grond glibberen, op zoek naar bacteriën en schimmels. Springstaarten, piepkleine geleedpotigen, schuifelen bedrijvig rond. Ze maken vliegensvlugge sprongen van wel twintig keer hun eigen lichaamslengte. Minuscule mijten (Oribatida) sjokken over alle obstakels die ze op hun weg vinden. In de anderhalf jaar van hun bestaan leggen de mijten slechts de afstand van een halve bowlingbaan af.

Andere levensvormen zijn zo klein dat ze zich alleen krioelend of peddelend kunnen voortbewegen via de dunne laagjes water die planten en bodemdeeltjes omhullen. Tot deze bizarre organismen behoren de transparante, noedelvormige rondworm, het trompetvormige raderdier met zijn krans van trilharen, en het beerdiertje, een soort gummibeertje, maar dan met acht poten, klauwtjes en een stekelig zuigbuisje als mond.

Nog kleiner zijn de protozoa, een brede groep eencelligen die zich voortbewegen door met hun talrijke aanhangsels te fladderen of door hun geleiachtige binnenste te vervormen. Ook wemelt het van bacteriën en archaea in de bosbodem. Archaea zijn micro-organismen die lijken op bacteriën, maar een eigen domein vormen.

Eén gram bosgrond kan wel een miljard bacteriën, een miljoen schimmels, honderdduizenden protozoa en bijna duizend rondwormen bevatten.

Eén dood takje volstaat om een bruisende hotspot te vormen voor microben. Hier komen een borstelworm (links) en twee soorten mijten elkaar tegen in de bovenste laag aarde van het Zwarte Woud. Mijten spelen een belangrijke rol in het bosecosysteem. Ze breken materiaal af en geven voedingsstoffen terug aan de aarde.

Aarde fungeert niet als passieve bodembedekker waarin bomen en planten zich alleen maar verankeren doordat er voedsel te halen is, zoals vroeger werd gedacht. Het wordt steeds duidelijker dat de bodem een dynamisch netwerk is van leefgebieden en organismen. Een immens, almaar veranderend tapijt, geweven met de draden van ontelbare soorten levensvormen. De bodem leeft.

Volgens Grayston en collega-ecologen zouden deze nieuwe inzichten moeten leiden tot een radicaal ander bosbeheer. Zij ontdekten dat het kappen van grote stukken bos veel meer schade aanricht dan eerder werd gedacht. Voor een duurzame houtkap moeten niet alleen de gevolgen boven de grond in ogenschouw worden genomen, maar ook de gevolgen voor alles wat in de grond leeft.

Het bestaan

Miljarden jaren geleden was onze planeet nog niet bedekt met aarde. De rotsachtige aardkorst verweerde langzaam door de elementen: regen, wind en ijs. Toen microben, schimmels, korstmos en planten hun intrede deden, nestelden ze zich in de rotspartijen en versnelden zo het erosieproces. Uitgescheiden zuren verzwakten het gesteente, plantenwortels braken het af. Tegelijkertijd voedden ontbindende organismen de harde minerale laag met organische stoffen. De eerste fossielen waaruit het bestaan van bosgrond valt op te maken, stammen uit het Devoon en zijn tussen de 420 en 360 miljoen jaar oud.

Tot de dag van vandaag houdt dit microscopische leven de bodem van alle ecosystemen op aarde in stand. Onze bosbodems barsten van de essentiële voedingsstoffen, zoals koolstof, stikstof, fosfor en kalium. Maar zonder al die minuscule, bedrijvige wezentjes zouden veel van deze elementen ingesloten of anderszins ontoegankelijk blijven, zeggen Grayston en haar collega’s

Schimmeldraden wikkelen zich rond een stekelig raderdier. Raderdieren komen veel voor in zoetwaterecosystemen. Deze wezentjes stuwen zich voort door de bodem via de dunne laagjes water die planten bodemdeeltjes omhullen. Onderweg doen ze zich tegoed aan organisch afval.

Tijdens de fotosynthese van planten wordt energie uit zonlicht omgezet in koolstofrijke moleculen. Een deel van deze verbindingen komt via de wortels in de grond terecht, waar microben en schimmels zich eraan tegoed doen. In ruil daarvoor helpen mycorrhizaschimmels en sommige wortelgebonden micro-organismen het gewas om water en voedingsstoffen op te nemen. Moeilijk afbreekbare stikstofvormen worden omgezet in moleculen die nuttig zijn voor de plant.

Wanneer planten verwelken, wordt dit doorgaans taaie weefsel verteerd door wormen, geleedpotigen, schimmels en microben, die de voedingsstoffen in kleinere deeltjes teruggeven aan de aarde. Tegelijkertijd zorgen de continue kruip-, glij- en graafbewegingen van kleine dieren ervoor dat de verschillende lagen aarde zich vermengen, voedingsstoffen zich verspreiden en de grond belucht blijft. Wormen, slakken en geleedpotigen schrokken grote hoeveelheden aarde op. Zo doordrenken ze de aarde met organisch materiaal en helpen ze de structuur te verbeteren door gronddeeltjes te binden.

In 2000, toen Grayston voor het Macaulay Institute werkte, reisde ze samen met een aantal collega’s af naar Tuttlingen, een Duits stadje aan de Donau, om onderzoek te doen naar de bodem van het Zwarte Woud. Dit zesduizend vierkante kilometer grote bosrijke middelgebergte in het zuidwesten van Duitsland is van oudsher belangrijk voor de mijn- en bosbouwindustrie. De onderzoekers bezochten een aantal locaties waar veel zeventig tot tachtig jaar oude beuken stonden, met knoestige stammen en een soepele, zilverkleurige bast. In een aantal van de onderzoeksgebieden was flink gekapt, andere plekken waren nog relatief onaangetast.

Met metalen grondboren nam Grayston bodemmonsters op de verschillende locaties. Deze monsters bracht ze zo snel mogelijk gekoeld terug naar Schotland voor nadere inspectie. Uit laboratoriumonderzoek en celculturen bleek dat in het deel van het woud waar intensief was gekapt het aantal microben aanzienlijk lager was.

Daar leek dus een intrigerend verband te bestaan. Maar hoe het precies zat, was destijds nog een groot mysterie. De afgelopen twee decennia hebben Grayston en andere wetenschappers veel bijgeleerd over de wederzijdse afhankelijkheid van planten en grondmicroben, en het belang van deze relatie voor bosrijke ecosystemen.

Sommige mycorrhizaschimmels nestelen zich in plantencellen, zoals te zien is in een dwarsdoorsnede van een blauwebosbeswortel. Deze symbiose helpt bodembewoners van verschillende afmetingen voedingsstoffen uit te wisselen. Zo blijft het bos in balans.

In 2003 verhuisde Grayston naar Vancouver, waar ze nog altijd werkt als hoogleraar microbiële bodemecologie aan de University of British Columbia. Hier zette Grayston met een aantal collega’s het onderzoek voort naar de invloed van verschillende soorten bosbeheer op de microbiële bodemgemeenschappen. In veel van hun onderzoeken worden drie soorten houtkap vergeleken: kaalslag (alle bomen op een locatie worden geveld), femelslag (groepjes bomen blijven behouden) en plenterslag (bomen worden gespreid geveld voor een gelijkmatige verdeling).

Om de gezondheid van de bodem te testen, vulden Grayston en haar collega’s nylon gaaszakjes met fijne wortels die ze begroeven in delen van het bos waar op verschillende manieren was gekapt. Deze wortels lieten ze verteren door kleine dieren, schimmels en microben, om ze na een paar maanden tot jaren weer op te graven. Aan de hand van DNA-sequencing en metingen van het gehalte essentiële voedingsstoffen wisten de onderzoekers te achterhalen welke organismen contact hadden gehad met de wortels, en in welke mate.

Kaalslag leidde in het algemeen tot verstoorde voedingsstoffencycli en een lagere biodiversiteit in de bodem. Daarnaast zorgde de intensieve houtkap vaak voor veranderingen in de diversiteit aan grondbewoners; een relatief klein aantal soorten werd steeds dominanter. Maar niet alle kapmethoden bleken even schadelijk. Als de bomen verspreid waren gekapt, bleef het aantal microben, evenals de diversiteit en de mate waarin ze actief waren, relatief hoog. Waar groepen bomen waren gespaard, vonden de onderzoekers alleen in de directe nabijheid van deze clusters veelzijdige en levendige microbengemeenschappen. Hoe verder weg van de overgebleven kluitjes bomen, hoe minder leven er in de bodem werd gevonden.

Uit ander onderzoek bleek dat bomen de bodem beïnvloeden in een straal van gemiddeld tien meter om hen heen. Binnen deze afstand leveren ze koolstofrijke moleculen aan microben en andere kleine organismen. De invloed van groepjes bomen in een verder kaal landschap is dus beperkt, zelfs van de wat grotere clusters. Verder dan tien meter buiten deze groene eilanden krijgen de populaties microben het immers lastig. Plenterslag is een betere optie om de bodem gezond te houden, zegt Grayston. Omdat er elke veertien tot zestien meter een boom blijft behouden, overlappen de wortels en beïnvloedingszones elkaar. Zo gebruiken de bomen de hele bosbodem om koolstof aan micro-organismen te leveren.

Plenterslag en andere selectieve kapmethoden winnen steeds meer aan populariteit. Maar desondanks wordt kaalslag nog altijd veelvuldig toegepast. Het is efficiënter toe te passen, goedkoper en je hebt er minder ingewikkelde machines voor nodig.

De toekomst van het het bos

Grayston is zowel enthousiast als bezorgd over de toekomst van onze bossen en bosbodems. Enthousiast omdat er nog een wereld valt te ontdekken. De wens om al die mysteries te ontrafelen, is waarom ze ooit aan haar onderzoek naar microscopisch leven is begonnen. ‘We hebben al flinke stappen gezet,’ zegt Grayston, ‘maar we weten nog steeds niet wanneer welke organismen nu precies actief zijn en welke het belangrijkst zijn voor de verschillende bodemprocessen.’

Tegelijkertijd maakt ze zich zorgen dat in grote delen van de wereld de hoeveelheid bos blijft slinken door overmatig kappen, slecht landbeheer en de invloed van klimaatverandering. De overlappende ecosystemen van de aarde zijn onderling zodanig met elkaar verbonden, en zo essentieel voor het voortbestaan van complexe levensvormen, dat alle schade die wij toebrengen aan bomen en de aardkorst uiteindelijk ook op ons bordje terechtkomt.

‘Zonder micro-organismen zouden we tot onze knieën in het vuil staan,’ zegt Grayston. ‘en zou er geen leven op aarde mogelijk zijn. Microben redden zich prima zonder ons. Maar andersom is een heel ander verhaal.’
 

Ferris Jabr woont in Oregon en schrijft over wetenschap. Fotograaf Oliver Meckes en bioloog Nicole Ottawa leggen de microscopische wereld vast via hun Eye of Science-project.

Lees meer

Dit vindt u misschien ook interessant

Dieren
Waarom we de mysteries van het dierenbrein willen ontrafelen
Dieren
Deze ‘handen wassende’ orang-oetan ging viral – maar het verhaal is niet waar
Dieren
Waarom koala’s zichzelf vergiftigen om te overleven
Dieren
Foto's: meesters in vermommen - wonderbaarlijke camouflage van insecten
Dieren
Pandagekte: een korte geschiedenis

Ontdek Nat Geo

  • Dieren
  • Milieu
  • Geschiedenis en Cultuur
  • Wetenschap
  • Reizen
  • Fotografie
  • Ruimte
  • Video

Over ons

Abonnement

  • Abonneren
  • Schrijf je in
  • Shop
  • Disney+

Volg ons

Copyright © 1996-2015 National Geographic Society. Copyright © 2015-2021 National Geographic Partners, LLC. Alle rechten voorbehouden.