Stikstof is er op onze planeet in overvloed. De lucht bestaat er voor 79 procent uit. Toch wordt er onder allerlei levensvormen fel gevochten om dit element. Want dat gasvormige stikstof, daar kan bijna niemand wat mee. Pas als het is vastgelegd in andere stoffen lukt het om er eiwitten en andere belangrijke stoffen mee te bouwen. “In de oceaan komt zulk bruikbaar stikstof vooral voor als ammonium, nitriet en nitraat”, vertelt prof. Mike Jetten, microbioloog aan de Radboud Universiteit in Nijmegen. “Algen willen die stoffen graag gebruiken om te groeien, maar er zijn ook bacteriën die ze omzetten in gasvormig stikstof, en dan verdwijnt het uit het ecosysteem. Wij hebben nu aangetoond dat die omzetting anders gaat dan de afgelopen dertig jaar is aangenomen.” De Nijmeegse microbiologen werkten samen met collega’s van het Max Planck Instituut in Bremen en publiceerden de resultaten in het wetenschappelijke tijdschrift Proceedings of the National Academy of Sciences. Jetten en zijn collega’s deden onderzoek in een koude wateropwelling voor de kust van Namibië, één van de meest productieve ecosystemen in de oceaan. Jetten: “Het barst daar van het leven. Wij zochten er op verschillende diepten naar zogenoemde ‘anammoxbacteriën’, een type bacterie dat nitriet, nitraat en ammonium omzet in gasvormig stikstof. Dat zulke bacteriën bestaan, is pas vijftien jaar bekend. Vier jaar geleden ontdekten we dat ze in de Zwarte Zee verantwoordelijk zijn voor het omzetten van bruikbaar stikstof in het onbruikbare gas. Toen zeiden oceanografen: ‘Ja, dat is dáár misschien wel zo, maar in de oceanen gaat het anders.’” Tot nu toe, legt Jetten uit, ging iedereen ervan uit dat stikstof uit de oceanen ontwijkt door een proces dat denitrificatie heet. Daarbij gebruiken bacteriën wegens gebrek aan zuurstof nitraat voor hun ademhaling. Dat levert naast stikstofgas ook koolstofdioxide en een beetje ammonium op. “Als dit zou kloppen, zou je veel ammonium moeten zien op die plaatsen. Maar dat werd nooit gevonden. Ook wij vonden er geen spoor van.” De analyse van het zeewater, dat met slangen naar het onderzoeksschip werd gepompt, begon al aan boord. Van allerlei stoffen werd de concentratie bepaald en de onderzoekers keken met behulp van stikstof-15, een zwaardere vorm van stikstof, welke omzettingen er plaatsvonden in de watermonsters. Jetten: “Het stikstofgas dat gevormd werd, bleek vrijwel overal het resultaat te zijn van de anammox-reactie, en niet van denitrificatie.” Met DNA-technieken en enzymkleuringen leverden de microbiologen bovendien het bewijs dat er veel anammoxbacteriën in deze waterlagen leven. Vooral in de onderste twintig à dertig meter, waar nauwelijks zuurstof te vinden is. “Maar we troffen ze ook aan in hogere waterlagen, waar de zuurstofconcentratie eigenlijk te hoog voor ze zou moeten zijn”, aldus de Nijmeegse microbioloog. “Inmiddels weten we bijna zeker dat ze daar overleven in vlokjes vaste stof. In die vlokjes is de zuurstofconcentratie veel lager.” De conclusie van alle experimenten is dat voor de kust van Namibië jaarlijks ongeveer een miljoen ton stikstof door toedoen van de anammoxbacteriën de lucht in gaat, zegt Jetten. “En, wat nog niet in het PNAS-artikel staat: inmiddels hebben we watermonsters uit allerlei andere gebieden geanalyseerd. Overal waar koud water opwelt, gebeurt hetzelfde! Bijna de helft van de 80 tot 150 miljoen ton stikstof die jaarlijks uit de wereldoceanen verdwijnt, doet dat in deze gebieden, dus dit is een nogal ingrijpende ontdekking.” Wat maakt het eigenlijk uit welk type bacterie de stikstof de lucht in laat gaan? “Het grote verschil is dat bij denitrificatie CO2 wordt gevormd en bij de anammox-reactie niet”, reageert Jetten. “En bestaande modellen van de koolstofkringloop op aarde zijn voor wat betreft de oceanen vooral gebaseerd op berekeningen, niet op directe metingen. Die moeten dus op de schop. En dat gaat niet zonder slag of stoot, kan ik je vertellen. Onder oceanografen is er veel weerstand – ze wíllen het niet geloven, omdat ze daarmee zouden toegeven dat ze er dertig jaar lang naast hebben gezeten. Maar nu kunnen ze er echt niet meer onderuit.” Elmar Veerman Marcel Kuypers e.a.: “Massive nitrogen loss from the Benguela upwelling system through anaerobic ammonium oxidation”, PNAS Early Edition, 19 april 2005