Naar de content

Kleinere vissen door zuurstofgebrek

James St. John, via Wikimedia Commons, CC BY 2.0

Als het water warmer wordt, blijven de vissen kleiner. Dat komt door zuurstofgebrek, concluderen twee Nijmeegse ecologen in het Journal of Thermal Biology. De warmte zelf is juist bevorderlijk voor de groei. Maar de stofwisseling vergt meer zuurstof bij hogere temperaturen.

17 december 2015

Vissen en andere waterdieren blijven in warm water een maatje kleiner. Dat is niet omdat ze niet tegen de hitte kunnen, maar dat komt door zuurstofgebrek. Dat schrijven Natan Hoefnagel en Wilco Verberk, ecologen van de Radboud Universiteit in Nijmegen, in het decembernummer van het Journal of Thermal Biology.

In warm water hebben de dieren meer zuurstof nodig, omdat de hoge temperatuur de stofwisseling versnelt. Als je wat extra zuurstof toevoegt aan het warme water, bereiken de dieren wél hun gebruikelijke grootte, ontdekten de ecologen – in elk geval als het zoetwaterpissebedden zijn. “Daarmee deden wij onze experimenten”, zegt Verberk, “maar we denken dat het meer algemeen geldt voor koudbloedige waterdieren, waarbij de temperatuur de stofwisseling aanjaagt.”

Klimaatverandering

Dat een stijgende temperatuur van het water de grootte van zijn bewoners beperkt, is al een tijdje bekend. Ook de klimaatverandering waar we momenteel middenin zitten, zal de maat van de oceaanbewoners doen afnemen. Als we de CO2-uitstoot niet indammen, zal het gemiddelde gewicht van vissen in 2050 rond de 20 procent gedaald zijn, rekende een groep Canadese en Amerikaanse wetenschappers al eens voor in Nature Climate Change.

Zoetwaterpissebedden

 M.J., via Wikimedia Commons, CC BY-SA 2.0 DE

In eerste instantie groeien de meeste waterdieren in warm water juist sneller dan in een koudere omgeving, schrijven de onderzoekers uit Nijmegen. Maar na verloop van tijd stokt deze groei – eerder dan in koud water het geval is. “De vraag naar zuurstof stijgt tijdens de groei harder dan de capaciteit om het op te nemen”, zegt Verberk (zie kader voor toelichting). In warm water, waar meer zuurstof nodig is, kan het dier daarom niet dezelfde grootte bereiken als in het koudere water.

Hoe groter hoe benauwder..

Grote dieren hebben, relatief gezien, een nogal klein huidoppervlak. Dit komt doordat het volume van een dier bij het groeien sneller toeneemt dan het oppervlak. Vergelijk het met een bol: als je daarvan de straal twee keer groter maakt, krijgt deze acht keer meer volume, maar slechts een vier keer groter oppervlak. Bij waterdieren horen zowel de kieuwen als de huid (waar ze ook door ademen) bij het oppervlak. Dit betekent dat deze dieren tijdens de groei steeds minder zuurstof per lichaamsgewicht kunnen opnemen.

Waterezeltjes

Daarnaast neemt de hoeveelheid zuurstof in het water af, als de temperatuur stijgt. “Maar dat effect wordt min of meer opgeheven doordat de opname van het zuurstof in warm water juist makkelijker gaat”, zegt Verberk. Het gaat dus echt om de stofwisseling, die meer zuurstof vergt bij hogere temperaturen.

De ecologen deden hun experimenten met de Asellus aquaticus – ook wel zoetwaterpissebed of waterezeltje genoemd. Ze lieten de waterezeltjes opgroeien in bakken met verschillende temperaturen en zuurstofgehaltes. Als er maar genoeg zuurstof aanwezig was, bleken de dieren in warm water juist groter te worden dan in koud water, ontdekten de wetenschappers. De snelle groei waarmee ze hun leven begonnen kon in dat geval langer doorzetten.

Libellen

Paleontoloog Simon Troelstra van de Vrije Universiteit Amsterdam geeft de Nijmeegse wetenschappers gelijk. Ook in het geologische verleden correleerde de grootte van vissen al met de aanwezigheid van zuurstof, vertelt hij.

De roofvis Dunkleosteus uit het Devoon kon wel tien meter lang worden.

 Vassil, via Wikimedia Commons, CC0 1.0

Zo zwommen er in het Devoon (van 416 tot 360 miljoen jaar geleden), toen de zuurstofconcentratie hoog was, vissen van tien meter in de oceanen rond, terwijl de zuurstofconcentratie in de periode daarvoor zelfs nog te laag was voor roofvissen groter dan een meter.

“En op land zie je het ook”, zegt Troelstra. In het Carboon (359 tot 299 miljoen jaar geleden) was er zelfs meer zuurstof dan vandaag de dag, vanwege de enorme bossen die het steenkool gevormd hebben dat we tegenwoordig uit de bodem halen. Toen had je allerlei reuzeninsecten, zoals enorme libellen.

“Klopt”, reageert Verberk, “en die libellen hadden larven die in het water opgroeiden!” Om die reden bepaalt ook bij insecten juist het zuurstofgehalte van het water het uiteindelijke formaat, blijkt uit een artikel dat hij zelf in 2011 in PLOS one publiceerde.

Bronnen:
  • Hoefnagel en Verberk (2015), Is the temperature-size rule mediated by oxygen in aquatic ectotherms?, Journal of thermal biology, 54, December 2015, 56–65, doi:10.1016/j.jtherbio.2014.12.003
  • Cheung e.a. (2013), Shrinking of fishes exacerbates impacts of global ocean changes on marine ecosystems, Nature Climate Change, 3, 254–258, doi:10.1038/nclimate1691
  • Dahl en Hammarlund (2011), Do large predatory fish track ocean oxygenation?, Commun Integr Biol. 2011, Jan-Feb; 4(1), 92–94, doi:10.4161/cib.4.1.14119
  • Verberk en Bilton (2011), Can oxygen set thermal limits in an insect and drive gigantism?, DOI: 10.1371/journal.pone.0022610
ReactiesReageer