Elektrische activiteit in het donker
Je zou verwachten dat wetenschappers alles weten over diatomeeën: een grote groep van biljoenen micro-organismen die overal ter wereld voorkomen in oceanen, waterwegen en de bodem.
Diatomeeën genereren ongeveer 20 procent van de zuurstof die in planten wordt geproduceerd en dragen bijna de helft bij van het organische materiaal in de oceanen. Het was nog een mysterie hoe deze kleine algen communiceren, maar een groep wetenchappers heeft nu ontdekt dat diatomeeën elektrisch actief worden wanneer het donker wordt. “Onder stress, zoals lichtgebrek en waarschijnlijk ook temperatuurstijging, geven diatomeeën Ca2+-ionen af. Zo communiceren de cellen onderling”, zegt dr. Dago de Leeuw (faculteit L&R), een van de auteurs van het onderzoek dat is gepubliceerd in Scientific Reports. “De micro-organismen vertellen elkaar dat ze dichter naar het oppervlak moeten gaan, of juist dieper het water in, voor optimale licht- en tem-peratuuromstandigheden.” Volgens De Leeuw zijn nu voor het eerst collectieve elektrische oscillaties van diatomeeën gemeten.
Kruisbestuiving van onderzoeksgebieden
De gebruikte meettechniek om de elektrische oscillaties te registreren werd eerst voor een totaal ander doel gebruikt: om te onderzoeken wat er gebeurt in de hersenen van mensen met een hersentumor. Het is een mooi voorbeeld van kruisbestuiving van onderzoeksgebieden. Hersentumorcellen reageren op een toenemende zuurgraad met uitbarstingen van elektrische activiteit. Dit kan direct gezonde neuronen verstoren en zo leiden tot epileptische aanvallen. Een team van onderzoekers, onder wie De Leeuw en wetenschappers van de Universiteit van Bath, hebben voor de observatie van dit verschijnsel een zeer gevoelige detectiemethode ontwikkeld. Voor de kenners: een transductor met grote elektroden die de dubbellaagse capaciteit maximaliseren, en zo voor grotere gevoeligheid zorgen. De Leeuw: “In feite hebben we een detectiemethode met elektroden ontworpen die elektrische activiteit meet met extreme precisie, maar met een niet zo hoge ruimtelijke resolutie. Het blijft een compromis. Wanneer je je richt op de elektrische eigenschappen van een enkele cel, meet je fijnmaziger maar dit gaat ten koste van de signaalgevoeligheid. En wanneer je uitzoomt, verlies je ruimtelijke resolutie, maar win je aan gevoeligheid. Door glioomcellen (een soort tumorcellen) van ratten als modelsysteem te gebruiken en langlopende liveopnamen van de elektrische activiteit te maken, toonden de wetenschappers aan dat glioomcellen, hoewel ze niet-elektrogeen zijn, soms opmerkelijke uitbarstingen van elektrische activiteit vertonen. Deze ontdek- king werd in 2016 gepubliceerd in Science Advances. Het was volgens de Delftse onderzoeker eigenlijk mazzel. “We zagen elektrische activiteit nadat we gestopt waren met het toedienen van voedingsstoffen.”
Niet veel later klopte er een Portugese collega, een oceanograaf van de Universidade do Algarve, aan hun deur. Hij bracht een emmer zeewater mee uit de branding bij de Portugese plaats Cascais, met daarin onder andere Pseudo-nitzschia fraudulenta, een diatomee die in oktober 2014 aanzienlijke algenbloei voor de Portugese kust had veroorzaakt. Hij stelde voor om die cellen te gaan ‘pesten’ om te kijken wat er zou gebeuren. Een klassiek voorbeeld van serendipiteit!