Jaap Sinninghe Damsté

Anderhalf miljoen euro. Dat is de hoogte van de Spinozapremie, de 'Nederlandse Nobelprijs' die deze week werd toegekend aan Jaap Sinninghe Damsté. Met het geld hoopt de Utrechts-Texelse geochemicus zijn onderzoek naar het klimaat in lang vervlogen tijden een nieuwe wending te geven.

Pakweg negentig miljoen jaar geleden bevatte de atmosfeer op aarde tussen de vier en tien maal zoveel CO2 als op dit moment. Daardoor was het zeewater rond de evenaar zeven graden warmer dan tegenwoordig, terwijl het toen zelfs op de Noord- en Zuidpool met een temperatuur van rond de twintig graden aangenaam toeven was. Als gevolg van die hoge temperaturen torende de zeespiegel liefst 250 meter uit boven het huidige Amsterdams Peil.
Er komt steeds meer kennis beschikbaar over het klimaat in het verleden, kennis die onder meer wordt gedestilleerd uit de chemische samenstelling van organisch materiaal in de zeebodem. In Nederland wordt dat onderzoek onder meer verricht bij het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee (NIOZ), waar Jaap Sinninghe Damsté vier dagen per week werkt als hoofd van de afdeling Mariene Biogeochemie en Toxicologie. Daarnaast is hij één dag hoogleraar moleculaire paleontologie aan de Universiteit Utrecht.
Zijn kennis over het voorbije klimaat haalt Sinninghe Damsté vooral uit wat hij 'chemische fossielen' noemt, geen klassieke fossielen maar vetachtige verbindingen afkomstig uit de celwand van micro-organismen, zoals algen, bacteriën en archaea of oerbacteriën. "De moleculen die wij bestuderen zijn afkomstig van organismen die miljoenen jaren geleden in de oceaan of in meren hebben geleefd", vertelt de kersverse Spinozawinnaar. "Omdat vetmoleculen uit de celwand aanzienlijk beter in gesteentelagen op de zeebodem bewaard blijven dan het DNA uit de celkern, gebruiken we die om meer te weten te komen over de omstandigheden in de tijd waarin die micro-organismen geleefd hebben."

Rotte eieren

Een van die omstandigheden is de temperatuur. Van een aantal organismen is bekend dat de chemische samenstelling van het vet in de celwand varieert met de temperatuur van het zeewater waarin zij leven. Een grondige chemische analyse van vetdeeltjes uit gesteentelagen uit een bepaalde periode kan onderzoekers dus een goede indicatie geven van de temperatuur die het zeewater op dat moment op die plek moet hebben gehad. Op deze manier zijn Sinninghe Damsté en zijn medewerkers inmiddels bezig grote delen van het temperatuurverloop van het zeewater gedurende de afgelopen honderd miljoen jaar te reconstrueren.
Ook de hoeveelheid zuurstof in het zeewater kan via dit soort analyses worden vastgesteld. Via resten van fotosynthetische zwavelbacteriën kan namelijk de aanwezigheid van het rotte eieren gas H2S in de oeroceaan worden vastgesteld. Dat is interessant, omdat dat gas wordt gevormd als zuurstof in het water ontbreekt. "Zo hebben wij ontdekt dat de oceanen in het midden-Krijt, pakweg 90 miljoen jaar geleden, bijna volledig zuurstofloos waren, zo'n beetje zoals de Zwarte Zee op dit moment. Onder die omstandigheden worden grote hoeveelheden CO2 gebonden door algen in het water, om uiteindelijk als biomassa in het sediment terecht te komen omdat onder deze condities dat materiaal veel minder makkelijk wordt afgebroken. Dat neerslaan van organisch koolstof op de zeebodem ligt aan de basis van het ontstaan van aardolie. In zuurstofloze periodes kan dat proces zon omvang aannemen dat het CO2-gehalte in de atmosfeer fors afneemt. Dat hebben wij kunnen bevestigen door te kijken naar chemische fossielen van hogere planten, die op het land groeien maar via de wind ook in de zee terecht komen. In de genoemde periode bleek het CO2-gehalte in de atmosfeer binnen honderdduizend jaar te zijn gehalveerd. Voor geologische begrippen is dat onwaarschijnlijk snel."

Aardolie

Het materiaal voor zijn onderzoek is onder meer afkomstig van het internationale Ocean Drilling Project, dat een schip beheert waarmee boringen kunnen worden uitgevoerd tot op een diepte van twee kilometer onder de oceaanbodem. De sedimenten die dat oplevert, worden eerst door paleobiologen gedateerd aan de hand van in het gesteente aanwezige skeletdeeltjes. Daarna kan Sinninghe Damsté ermee aan de slag in het hypermodern uitgeruste chemische laboratorium dat het NIOZ op Texel beheert.
Op de vraag naar het doel van zijn onderzoek beklemtoont de onderzoeker het belang van niet toepassingsgericht, fundamenteel onderzoek. Maar hij ontkent niet dat NWO hem zeker mede heeft beloond voor de bijdragen die zijn ruim driehonderd publicaties, waarvan bijna twintig in Science en Nature, hebben geleverd aan een beter begrip van natuurlijke klimaatvariaties. Ook voor de olie-industrie is zijn onderzoek van betekenis. In een in april in 'Science' gepubliceerd artikel laat Sinninghe Damsté bijvoorbeeld zien hoe zijn chemische fossielen kunnen bijdragen aan het dateren van aardolie.
"Om te weten wat voor soort olie zij hebben aangeboord, willen oliemaatschappijen de leeftijd van het zogeheten oliemoedergesteente weten. Maar op zulke grote diepten is dat niet altijd gemakkelijk te vinden. Wij hebben nu aangetoond dat je in plaats daarvan ook chemische fossielen kunt gebruiken, bijvoorbeeld resten van bepaalde soorten kiezelwieren. Wij hebben aangetoond dat deze kiezelwieren rond 90 miljoen jaar geleden zijn ontstaan. Dus als je olie vindt, waarin het chemische fossiel van deze kiezelwieren te vinden is, weet je dat de olie minder dan 90 miljoen jaar geleden is gevormd."

Darwin Centrum

Met het Spinoza-geld verwacht Sinninghe Damsté vooral promovendi en postdocs aan te stellen. Behalve op een voortzetting van zijn huidige onderzoek hoopt hij zich de komende tijd ook te richten op een intensivering van de kruisbestuiving tussen aardwetenschappelijk en biologisch onderzoek. "Ik wil met name proberen om genetische methoden van onderzoek meer ingang te doen vinden in de geologie. Uit ons eerdere onderzoek is afdoende gebleken hoe belangrijk kennis van de ontwikkeling van het leven op aarde voor geologen is. Naast kennis van de chemische structuur van de door ons bestudeerde micro-organismen willen we daartoe nu ook meer inzicht krijgen in hun genetische opbouw."
Met dat onderzoek past de jongste Utrechtse Spinoza-winnaar naadloos in het fonkelnieuwe Darwin Centrum, dat naar verwachting op 26 juni aanstaande officieel groen licht krijgt van onderzoeksorganisatie NWO. Dat groene licht houdt een subsidie in van acht miljoen euro. In het nieuwe 'Centre of Excellence' gaan onderzoekers van twee onderzoekscentra en vier universiteiten (*), die samen ook acht miljoen euro inleggen, nauw samenwerken op het grensgebied van biologie, chemie en aardwetenschappen. Utrecht wordt penvoerder van het nieuwe centrum, dat volgens vice-decaan Bert van der Zwaan van de faculteit Geowetenschappen tot doel heeft om de toppositie van Nederland op dit nieuwe interdisciplinaire onderzoeksgebied vast te houden en uit te breiden.

(*) Deelnemers in het Darwin Centrum zijn het Nederlands Instituut voor Ecologisch Onderzoek, het NIOZ, de Vrije Universiteit en de universiteiten van Wageningen, Nijmegen en Utrecht.

EH