Een 20-jarige zoektocht naar wateronkruid en cyanobacteriën heeft een gif voor het doden van vogels opgeleverd
De Amerikaanse zeearend was de vogel die de decennia-lange zoektocht begon naar de oorzaak van mysterieuze vogelsterfte bij meren in het zuidoosten van de Verenigde Staten. Nu denken onderzoekers dat ze de lang gezochte moordenaar hebben.
Mysterieuze sterfgevallen van Amerikaanse zeearenden, wilde eenden en ander meerleven in het zuidoosten van de Verenigde Staten hebben wetenschappers al meer dan 20 jaar in verwarring gebracht. Na een lange ploetering waarin de eigenaardigheden van cyanobacteriën die zich aan een invasieve waterwiet vasthechten, werden onderzocht, heeft een onderzoeksteam een toxine gevonden dat de boosdoener zou kunnen zijn.
En het is een vreemde, meldt het team op 26 maart Wetenschap
Bijgenaamd AETX, het toxine heeft een ongebruikelijke chemische structuur bouwstenen nodig die rijk zijn aan het element broom, zegt Susan Wilde, een aquatisch ecoloog aan de Universiteit van Georgia in Athene. Toch zijn die bouwstenen van bromide niet routinematig overvloedig aanwezig in het zuidelijke meerwater. Dat is waar het levensverhaal van een bepaalde waterwiet om de hoek komt kijken.
Het mysterie van het onbekende toxine begon in een meer in Arkansas in de winter van 1994-1995 met de grootste onverklaarbare afsterving van Amerikaanse zeearenden. De adelaars, meerkoeten en enkele andere vogels verloren hun motorische coördinatie, hadden moeite om te vliegen of zelfs te lopen en kregen epileptische aanvallen. Bij het controleren van de hersenen van de zieke dieren kwamen onnatuurlijke microscopisch kleine gaatjes of vacuoles aan het licht. In 1998 hadden zes staten het afsterven van vogels bevestigd met dezelfde ziekte, nu VM genoemd, een afkorting van vacuolaire myelinopathie.
Wilde merkte op dat meren met afsterven groeiden dichte uitgestrekte gebieden van de groene, flesvormige, invasieve waterplant genaamd Hydrilla verticillata. In 2001 begonnen zij en verschillende generaties studenten en internationale medewerkers aan een lange reis om te onderzoeken of de planten en hun meerijdende cyanobacteriën soms de hersenen zouden kunnen vernietigen.
“Het is geen veilig onderwerp voor een proefschrift”, waarschuwde ze toekomstige studenten. Er was niet veel geld of enige zekerheid van succes. Maar “het is zo cool”, herinnert ze zich dat ze zeiden.
Een aanwijzing kwam voort uit het bekijken hiervan Hydrilla onder microscoopverlichting die bepaalde stoffen kan laten fluoresceren. Dat onthulde splats van cyanobacteriën die de onderkant van bladeren vastgrepen en hun kolonies beschermden met klodder. Sommige andere cyanobacteriën, die als soep in water klotsen, geven grote hoeveelheden gifstoffen af die vissen doden en menselijke zwemmers bedreigen, maar bladklemmers waren niet typisch bedreigingen.
Deze cyanobacterie bleek een nieuwe soort te zijn (Aetokthonos hydrillicola Het bleek ook moeilijk te zijn om in het lab te groeien. Het duurde twee jaar na het verzamelen van het spul uit een reservoir voordat het team genoeg cyanobacteriën kweekte voor hun eerste proef, waarbij ze een waterige oplossing ervan voerden om dieren te testen.
Deze cyanobacteriënsoep leek de proefkippen echter helemaal niet te storen. Microscopische analyse vond geen minuscule gaatjes in hun hersenen.
De onderzoekers vroegen zich toen af of er iets vreemds aan de hand was met de opstelling van de laboratoriumcultuur. Ze verzamelden wild onkruid met cyanobacteriën uit meren met bevestigde uitbraken van VM’s. Met behulp van een uitgebreide laboratoriumopstelling om te detecteren welke chemische verbindingen de bacteriën maakten, ging het team op zoek naar ongebruikelijke verdachten. En daar, op de loer in de vlekken die de bacteriekolonies markeren, was een voorheen onbekende verbinding, met overvloedige bromidemoleculen. Deze kolonies leverden stoffen op die proefdieren doodden. En door bromideverbindingen aan labkolonies te leveren, veranderden ze ook in toxine.
Broom kan uit verschillende bronnen in meren terechtkomen, sommige natuurlijk en niet, zoals energiecentrales. Onderzoekers ontdekten dat het invasief is Hydrilla bouwt extreme concentraties broomverbindingen op, 20 keer hoger dan de concentraties in de modder van de bodem van het meer en 500 tot 1.000 keer hoger dan in het water van het meer. In de nazomer blijft het warme water aan de bovenkant van het meer en houdt het koude, donkere, zuurstofarme water eronder vast. Het onkruid Hydrilla bloeit niet meer en begint broomrijke verbindingen te lekken. Dat is wanneer de cyanobacteriën de ingrediënten hebben om hun dodelijke gif te maken.
De nieuw ontdekte exotische chemie van deze toxinemakers verbaast Jason Stajich van de Universiteit van Californië, Riverside, die andere cyanobacteriën bestudeert in zijn genetische verkenningen van microbiële evolutie niet. Vrij zwevende cyanobacteriën veroorzaken giftige bloemen in zowel zee- als zoet water (SN: 28-08-18 Maar deze groene bacteriegroep omvat ook soorten die de wereld creëren waar we van houden. De woestijnkorst die Stajich bestudeert (zoals “broodkorst” maar op woestijnoppervlakken, zegt hij) duurt jaren om zich te vormen en is afhankelijk van netwerken van cyanobacteriën (SN: 12/10/19
In dit geval is er, nu de verdachte is opgepakt, nog meer reden om de Hydrilla indringers die het maken van gifstoffen vergemakkelijken. Watervogels kloven op de Hydrilla en zijn meerijdende bacteriën en krijgen zo een dodelijke dosis toxine. Roofdieren zoals adelaars en uilen die zich tegoed doen aan die watervogels, worden ook vergiftigd. In het laboratorium treft het toxine andere gewervelde dieren, zoals amfibieën en slangen. Door de samenstelling van het toxine te kennen, kan het laboratorium nu controleren op effecten op zoogdieren. Met zo’n breed scala aan potentieel gevoelige wezens, kon het oplossen van het mysterie niet snel genoeg zijn gekomen.