Microben die gedijen in omgevingen met veel voedingsstoffen, verbruiken zuurstof in het water rondom de dieren
Zeesterren die zijn aangetast door een vernietigende ziekte – zoals deze leren ster (Dermasterias imbricata) in het Sitka Sound Science Center in Alaska – kan oplossen in een plas klodder.
De mysterieuze boosdoener achter een dodelijke zeesterziekte is geen infectie, zoals wetenschappers ooit dachten.
In plaats daarvan halen meerdere soorten bacteriën die binnen een millimeter van de huid van zeesterren leven zuurstof uit het water en effectief verstikken de dieren, rapporteren onderzoekers 6 januari in Frontiers in Microbiology. Dergelijke microben gedijen goed als er veel organisch materiaal in warm water zit en een zuurstofarme omgeving creëren waardoor zeesterren kunnen smelten in een plas slijm.
Sea Star Wasting Disease – die dodelijke symptomen zoals rottend weefsel en verlies van ledematen veroorzaakt – kreeg voor het eerst bekendheid in 2013 toen zeesterren die voor de Amerikaanse Pacifische kust leefden massaal stierven. Ook vóór 2013 waren er uitbraken van de ziekte, maar nooit op zo’n grote schaal.
Wetenschappers vermoedden dat een virus of bacterie zeesterren ziek zou kunnen maken. Die hypothese werd ondersteund in een studie uit 2014 waarin werd vastgesteld dat ongezonde dieren mogelijk zijn geïnfecteerd met een virus (SN: 19/11/14). Maar de link verdween toen latere studies geen verband vonden tussen het virus en stervende zeesterren, waardoor onderzoekers perplex achterlieten (SN: 5/5/16).
De nieuwe bevinding dat een hausse aan voedingsstofminnende bacteriën zuurstof uit het water kan afvoeren en ziektes kan veroorzaken, “daagt ons uit om te denken dat er misschien niet altijd een enkele ziekteverwekker of een rokend pistool is”, zegt Melissa Pespeni, een bioloog aan de universiteit. van Vermont in Burlington die niet bij het werk betrokken was. Zo’n complex milieuscenario voor het doden van zeesterren “is een nieuw soort idee voor [disease] overdragen.”
Er waren zeker veel rode haringen tijdens de jacht op de reden waarom zeesterren langs de Pacifische kust van Noord-Amerika versmolten tot klodder, zegt Ian Hewson, een zeebioloog aan de Cornell University. Naast de oorspronkelijke hypothese van een virale oorzaak van de ziekte van Sea Star Wasting – die door het team van Hewson gerapporteerd in 2014 in Proceedings of the National Academy of Sciences maar later weerlegd – hij en zijn collega’s analyseerden een reeks andere verklaringen, van verschillen in watertemperatuur tot het blootstellen van de dieren aan bacteriën. Maar niets leidde op betrouwbare wijze tot verspilling.
Vervolgens keken de onderzoekers naar de soorten bacteriën die met gezonde zeesterren leven in vergelijking met de soorten bacteriën die onder de dieren met een slopende ziekte leven. “Dat was toen we ons aha-moment hadden,” zegt Hewson.
Typen bacteriën die bekend staan als copiotrofen, die gedijen in omgevingen met veel voedingsstoffen, waren rond de zeesterren op hogere niveaus aanwezig dan normaal, ofwel kort voordat de dieren laesies ontwikkelden of terwijl ze dat deden, vonden Hewson en collega’s. Bacteriële soorten die alleen overleven in omgevingen met weinig tot geen zuurstof, floreerden ook. In het laboratorium begonnen de zeesterren te verspillen toen de onderzoekers fytoplankton of een veelgebruikt ingrediënt voor bacteriegroei toevoegden aan de warmwaterbakken waarin die microben en zeesterren leefden.
Experimenteel zuurstof uit het water halen had een soortgelijk effect en veroorzaakte laesies bij 75 procent van de dieren, terwijl geen enkele bezweek in de controlegroep. Zeesterren ademen door zuurstof te verspreiden over kleine uitwendige projecties die huidkieuwen worden genoemd, dus het gebrek aan zuurstof na bloeiende copiotrofen zorgt ervoor dat zeesterren naar lucht worstelen, blijkt uit de gegevens. Het is onduidelijk hoe de dieren afbreken in zuurstofarme omstandigheden, maar het kan te wijten zijn aan massale celdood.
Hoewel de ziekte niet wordt veroorzaakt door een besmettelijke ziekteverwekker, is ze wel overdraagbaar in die zin dat stervende zeesterren meer organisch materiaal genereren dat bacteriën aanspoort om te groeien op gezonde dieren in de buurt. “Het is een beetje een sneeuwbaleffect”, zegt Hewson.
Het team analyseerde ook weefsels van zeesterren die waren bezweken tijdens de massale afsterving in 2013 – die volgde op een grote algenbloei aan de westkust van de VS – om te zien of dergelijke omgevingscondities die uitbraak zouden kunnen verklaren. In snelgroeiende aanhangsels die hen helpen te bewegen, bevatten de zeesterren die zijn omgekomen grote hoeveelheden van een vorm van stikstof die wordt aangetroffen in zuurstofarme omstandigheden – een teken dat die dieren mogelijk zijn gestorven door een gebrek aan zuurstof.
Het probleem kan erger worden met klimaatverandering, zegt Hewson. “Warmere wateren kunnen niet zoveel zuurstof bevatten [compared with colder water] alleen door natuurkunde. ” Bacteriën, waaronder copiotrofen, gedijen ook in warm water.
Maar door de waarschijnlijke oorzaak vast te stellen, kunnen experts zieke zeesterren in het laboratorium beter behandelen, zegt Hewson. Sommige technieken zijn onder meer het verhogen van het zuurstofgehalte in een watertank om het gas gemakkelijker beschikbaar te maken voor zeesterren of het verwijderen van extra organisch materiaal met ultraviolet licht of wateruitwisseling.
“Er is nog veel te bedenken met deze ziekte, maar ik denk [this new study] helpt ons een heel eind te begrijpen hoe het tot stand komt ”, zegt Pespeni.
