Kan de varen die de planeet afkoelde het opnieuw doen?

Vijfenveertig miljoen jaar geleden, toen de aarde volgens wetenschappers bijna op hol sloeg en gevaarlijk oververhit raakte door broeikasgassen, was de Noordelijke IJszee ook een heel andere plek. Het was een groot meer, verbonden met de grotere oceanen door één primaire opening: de Turgay Zee.

Toen dit kanaal zich bijna 50 miljoen jaar geleden sloot of werd geblokkeerd, werd het ingesloten waterlichaam de perfecte habitat voor een kleinbladige varen genaamd Azolla. Stel je het noordpoolgebied voor als de Dode Zee van vandaag: Het was een heet meer dat gelaagd was geworden, door een gebrek aan uitwisseling met de buitenwereld. Dat betekende dat het water vol zat met overtollige voedingsstoffen.

Azolla profiteerde van de overvloedige stikstof en kooldioxide, twee van zijn favoriete voedingsmiddelen, en floreerde. Grote populaties vormden dikke matten die het lichaam van het meer bedekten. Toen de regenval als gevolg van het veranderende klimaat toenam, zorgden overstromingen voor een dunne laag zoet water waardoor Azolla naar buiten kon kruipen, over delen van de omliggende continenten.

Azolla bloeide en stierf op deze manier in cycli gedurende ruwweg 1 miljoen jaar, en legde telkens een extra laag van de dikke deken van sediment die uiteindelijk in 2004 werd gevonden door de Arctic Coring Expedition.

Het feit dat de varen slechts iets meer dan een centimeter water onder zich nodig heeft om te groeien, doet het hele scenario nog net redelijk lijken – dat wil zeggen, totdat je te weten komt hoeveel koolstof deze kooldioxide-hongerige plant in de loop van die miljoen jaar heeft opgezogen.

“Ongeveer de helft van de CO2 die op dat moment beschikbaar was,” zegt Jonathan Bujak, die als palynoloog stof en fijne plantendeeltjes bestudeert. “Het niveau daalde van 2500 tot 3500 naar 1500 tot 1600 ppm. “*

Wat het einde van het Azolla-tijdperk betekende, blijft onduidelijk, maar in de volgende 49 miljoen jaar kwam de aarde in een cyclus terecht die nog drastischer dalingen van het CO2-niveau met zich meebracht.

De zuidelijke continenten vielen uiteen, en terwijl Zuid-Amerika en India naar het noorden trokken, raakte Antarctica geïsoleerd en werd het steeds kouder, waardoor meer CO2 werd geabsorbeerd en een transportband-achtig effect van koude lucht ontstond dat het ijs in stand hield. Een opeenvolging van ijstijden werd in gang gezet toen de CO2 in de atmosfeer rond 2,6 miljoen jaar geleden tot onder 600 ppm daalde, slechts 200 ppm verwijderd van de huidige schatting van de aarde.

Er begonnen cyclische ijstijden, roulerend tussen 100.000 jaar van enorme gletsjers, gevolgd door onderbrekingen van 10.000 jaar. Tegen het midden van de 18e eeuw lag het CO2-niveau op 280 ppm.

Het vinden van moderne toepassingen voor een heroïsche plant
“Wat echt onbegrijpelijk is,” zei Bujak, “is dat het vorige proces van afkoeling van onze planeet en daling van CO2 50 miljoen jaar duurde om zich te ontvouwen. Nu keren we dit proces misschien om in een kwestie van eeuwen.”

Wat er bekend is over de ware innerlijke werking van Azolla mag dan nog steeds slechts de oppervlakte schampen, maar mensen over de hele wereld, zoals Kathleen Pryer, een Duke-professor die crowdfunding doet voor het genoom van de varen, zijn doorgegaan met het vinden van creatieve manieren om de mogelijkheden ervan te verkennen. Alan Marshall, een voormalig radioloog die in Tasmanië (Australië) woont, is slechts één voorbeeld van een burgerwetenschapper die gelooft dat Azolla de planeet kan helpen een beter evenwicht te bereiken.

Na twee jaar als vrijwillig medisch radiograaf in Oost-Afrika te hebben gewerkt, begon Marshall in te zien dat vooruitgang in de technologie niet altijd het best tot stand kan worden gebracht tegen hoge kosten. Hij begon te zoeken naar manieren om wat hij alternatieve, geschikte technologie noemt, in te zetten.

“‘Alternatief’ betekent dat je in plaats van industriële, dure technologie die alleen beschikbaar is waar je onderhoudspersoneel hebt, eenvoudiger, lokaal beschikbare middelen inzet om hetzelfde werk te doen,” aldus Marshall. “‘Passend’ houdt rekening met wat de lokale bevolking zal accepteren in termen van hun behoeften, traditionele en religieuze opvattingen, technische bekwaamheid, enz.”

Marshall was op zoek naar een methode om het grijze water van zijn huis, water van de gootsteen of badkuip, te behandelen, zodat het kon worden gebruikt voor zijn tuinen, toen hij Azolla tegenkwam.

“Toen ik de tuin van een buurman bezocht, zag ik een rozeachtig onkruid groeien op het oppervlak van haar vijver. Ik nam een monster mee naar huis en onderzocht het op het internet,” zei Marshall. “Toen ik ontdekte dat het een Azolla-soort was en dat het fosfaten en stikstof uit het water kon verwijderen, dacht ik dat het zou kunnen helpen.”

Hij begon te experimenteren met Azolla als onderdeel van een filtersysteem en blogde over zijn project met andere Azolla- en alternatieve technologieliefhebbers. Marshall is nu gekomen met een driedelig filtersysteem dat effectief is in het verwijderen van de geur uit het grijze water, maar niet in het verwijderen van ziekteverwekkers en virussen.

Hij zei dat de ontwikkeling van dit soort kleinschalige, gemakkelijk te bedienen mechanismen ideaal is als alternatieve technologie, maar ook zou kunnen worden opgeschaald voor gebruik in grotere systemen. Daarom zijn er echt professionals in het veld nodig om in te stappen en het verdere werk te begeleiden, zei hij.

Eet je Azolla. Het is goed voor je
Anderen zijn begonnen met het experimenteren met het eetbare aspect van Azolla, waaronder Andrew Bujak, een chef-kok en zoon van Jonathan Bujak. Andrew Bujak kweekt het in zijn huis in Canada. Bujak was aanvankelijk geïnteresseerd in het slow food concept, een Italiaanse beweging die zich afzette tegen de groeiende invloed van fast-food ketens zoals McDonald’s Corp, maar zag een persoonlijk nut voor Azolla.

“Ik realiseerde me dat dit niet alleen een goede voedselbron was, omdat het voedzaam en vrijwel smaakloos is, maar dat het door iedereen vrijwel overal ter wereld gekweekt kon worden. Het is gemakkelijk genoeg te vinden, online of in aquariumwinkels. Gewoon water toevoegen, letterlijk,” zei Bujak lachend. Op de vraag om de smaak van de varen te beschrijven, vergeleek Bujak het met een grasspriet.

Azolla groeit niet alleen in Canada, maar bijna overal ter wereld, zei Bujak, dus is het van nature aangepast aan veel verschillende regio’s en klimaten. Dit maakt het gemakkelijk voor mensen om het gewoon op te rapen en te gebruiken.

“Misschien ben je een kleine boer in Alberta en wil je kosten besparen en minder van een ecologische voetafdruk achterlaten,” zei Bujak. “Verbouw Azolla, en boem, je hebt nu een waardevolle meststof, voedselbron voor vee en iets om zelf te eten.”

Hij voegde eraan toe dat Azolla ook een superfood van de toekomst zou kunnen zijn, zowel vanwege de voedingswaarde als vanwege het feit dat er weinig land voor nodig is.

“Zelfs als we het als gewas zouden verbouwen, zou het geen verspilling van ander akkerland betekenen. Het zou gewoon worden toegevoegd aan bestaande systemen, zoals het nu wordt gebruikt in rijke padiegewassen,” zei Bujak. “In omstandigheden waarin de ruimte voor voedselgroei uiterst beperkt is, biedt Azolla veel voeding voor een kleine hoeveelheid ruimte. Ze hebben zelfs gewerkt aan het gebruik ervan in de ruimte!”

Bujak zei dat zijn volgende project is om nori, geperste gedroogde zeewiervellen, opnieuw te maken met behulp van de varen. Azolla kan momenteel in Canada worden verkocht als een nutraceutical, in capsules en poeder dat antioxidanten en algemene gezondheidsvoordelen claimt, maar het moet nog worden goedgekeurd in de Verenigde Staten. Bujak suggereerde dat het waarschijnlijk niet lang zal duren voordat Azolla over de grens wordt goedgekeurd, gezien de staat van dienst van de varen.

“Deze plant is zo ongelooflijk op elk niveau,” zei hij. “

China wordt varen-gelukkig
Twee weken geleden stemde het Beijing Genomics Institute, of BGI, eigenaar van de meest geavanceerde sequentieplatforms ter wereld, ermee in om Pryer’s project over te nemen om het in kaart brengen van het Azolla-genoom te financieren. Binnen een jaar zouden de mysteries van het verleden van de varen en volledige toepassingen voor de toekomst open-access gegevens kunnen worden.

Gane Ka-Shu Wong, een van de oprichters van BGI, die ook doceert aan de Canadese Universiteit van Alberta, zei dat de onorthodoxe oorsprong van de groep in sommige opzichten overeenkomt met het schema van Pryer. Toen hij eind jaren negentig aan het menselijke-genoomproject werkte, vond Wong dat het wetenschappelijke proces te geïnstitutionaliseerd was geworden.

“Het beloningssysteem in het typische overheids- of universiteitslab is veel te veel gericht op het individu, niet op het team,” zei Wong. Samen met andere wetenschappers die hetzelfde voelden, ging Wong op zoek naar een plek om hun deuren te openen.

“We besloten dat als we deze cultuur wilden veranderen, we naar een plek moesten gaan waar we op dat moment vrijwel geen concurrentie hadden,” zei Wong. “In de jaren negentig was er één plaats die heel, heel anders was dan vandaag de dag – die plaats is China.”

In de wetenschap dat het menselijk genoom op het punt stond te worden gekraakt, vestigde het team zich snel in het buitenland. Tot grote schrik van hun collega’s slaagden ze erin hun bijdrage van 1% aan het project op tijd te voltooien.

“We hadden nu bewezen dat we het konden, dus schaalden we snel op. De regering raakte geïnteresseerd, particuliere bedrijven raakten geïnteresseerd, en plotseling waren we massaal,” zei Wong.

Nu het ziekenhuis tests en benodigdheden levert naast het aanbieden van een volledig scala aan andere biologische diensten, begon het bedrijf al snel winst te maken.

“We begonnen geld van commerciële projecten te gebruiken om te financieren wat wij ‘fun science’ noemen,” zei Wong, verwijzend naar projecten die wetenschappers alleen aanspreken omdat ze een vraag beantwoorden, niet per se een economische functie dienen.

“Waar het op neerkomt is dat we een stel wetenschappers zijn die graag wetenschap bedrijven en hun brood willen verdienen. Tot nu toe is het behoorlijk succesvol geweest,” zei Wong. “Ons doel is om deze informatie naar buiten te brengen, zodat zoveel mogelijk mensen er toegang toe hebben.”

BGI zal zich ook richten op het ontrafelen van de complexe relatie tussen Azolla en de cyanobacteriën die zijn nabije reizende metgezel zijn, iets wat BGI ook ziet als de sleutel tot de toekomstige toepassingen van de varen en de uitbreiding van zijn studie.

Anderen die al tientallen jaren met Azolla werken, zijn opgetogen over het nieuws.

Een fortuin in het verschiet voor een onkruid?
“Deze kennis zal ons controle geven over Azolla op een manier die we voorheen niet hadden,” zei Francisco Carrapico van de Universiteit van Lissabon. “We kunnen de koolstofvastlegging en stikstoffixatie verhogen, of de eigenschappen van Azolla aan andere planten geven. We hebben zelfs chemische stoffen in Azolla gevonden die de celdeling stoppen. De vraag is bijna wat we zullen vinden dat Azolla niet kan doen.”

De varen heeft één nadeel, waardoor hij in delen van Europa een nare reputatie heeft gekregen en in Noord-Amerika als onkruid is bestempeld. Azolla kan, net als de meeste algen, massale bloei vormen, zoals 49 miljoen jaar geleden in het noordpoolgebied, waarbij het leven eronder wordt verstikt.

Maar zelfs in deze gevallen, aldus Jonathan Bujak, “is de bloei een symptoom,” meestal als gevolg van hoge stikstofniveaus.

Hoewel Pryer zei dat haar beweegredenen om Azolla na te streven vooral academisch waren, ziet ze zeker het potentieel voor durfkapitalisme om in de toekomst rond Azolla te groeien.

“We wilden een genoom voor de mensen, door de mensen,” zei Pryer met een grinnik. Anderen denken dat het werk van Pryer meer oplevert dan alleen academische kennis, milieutoepassingen of industriële toepassingen.

“Azolla heeft me doen beseffen dat de dingen in het leven heel anders zijn dan ons wordt geleerd,” zei Carrapico. “Het leven is als het internet: Alles is onzichtbaar met elkaar verbonden, maar we vergeten dit zo vaak. We zien niet hoe we elkaar beïnvloeden. We kunnen naar deze verbindingen kijken en door middel van biologie investeren in veranderingen die de wereld zullen verbeteren die we achterlaten.”

Funding inspanningen voor verder onderzoek eindigen woensdag, maar dit zal zeker niet het laatste hoofdstuk zijn in de Azolla saga, een verhaal dat begon lang voordat mensen de planeet bewoonden en, waarschijnlijk, zal doorgaan lang nadat we er niet meer zijn.
*Correctie (7/16/14): ClimateWire heeft deze zin na het plaatsen bewerkt om foutieve kooldioxideniveaus te corrigeren die in de oorspronkelijke versie werden vermeld.

Gedrukt van Climatewire met toestemming van Environment & Energy Publishing, LLC. www.eenews.net, 202-628-6500