Meten hoeveel zuurstof in water is opgelost (concentratie), is relatief eenvoudig. Veel moeilijker is het om vast te stellen hoeveel zuurstof er beschikbaar is voor aquatische organismen: hoe makkelijk of moeizaam nemen ze zuurstof op.
Ecoloog Wilco Verberk van de Radboud Universiteit en de University of Plymouth heeft als eerste nu aangetoond dat de snelheid waarmee organismen zuurstof opnemen maar deels afhankelijk is van de oplosbaarheid. Ook de partiële druk en de diffusiecoëfficient spelen een belangrijke rol. Zijn resultaten zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Ecology. Afgelopen maand kreeg Verberk voor zijn onderzoek the Young Scientist Award op het internationale congres van de Society for Experimental Biology

Impasse
In warm water lost minder zuurstof op. Nu zou je denken dat waterdieren daardoor moeilijker zuurstof kunnen opnemen en dat terwijl hoge temperaturen hun vraag naar zuurstof juist aanjagen. Zo simpel liggen de zaken echter niet. Jarenlang waren wetenschappers het oneens over wat precies bepalend is voor zuurstoftoevoer naar waterdieren. Ecologen dachten dat  dat de hoeveelheid opgelost zuurstof (zuurstofconcentraties) was, maar fysiologen gingen uit van de partiële druk van zuurstof: dat deel van de luchtdruk dat door de zuurstof wordt veroorzaakt is naar hun mening bepalend voor de hoeveelheid aanweizge zuurstof.

Bergbeken
Het is niet het een of het ander: het is een combinatie van beide en daarmee doorbreekt Verberk een jarenlange impasse. Warm water bevat weliswaar minder zuurstof, maar door een hogere diffusiecoëfficient nemen organismen in warm water makkelijker zuurstof of. Dat ze toch in de problemen als het water warmer wordt, komt omdat ze meeer zuurstof nodig hebben dan er beschikbaar is. . Verberk toonde aan dat zowel de oplosbaarheid als de partiële druk van invloed zijn opde beschikbaarheid van zuurstof. Maar de oplosbaarheid verandert als de temperatuur verandert, terwijl de partiële druk gelijk blijft. Alleen is de druk  op grote hoogte weer lager door de ijle lucht.
Daarom analyseerde Verberk het voorkomen van organismen in bergbeken. Verberk: ‘De condities zijn optimaal omdat op grotere hoogte de partiële druk lager is, maar door de lage temperatuur is de oplosbaarheid hoger. Beide zijn op hoogte ontkoppeld en daarom kun je daar de invloed van verschillende aspecten beter ontrafelen.’

Nieuwe index
Met behulp van de eerste principes van gasdiffusie, ontwikkelde Verberk een index die drie aspecten van zuurstofuitwisseling integreert: oplosbaarheid, druk en de diffusiecoëfficient. Vervolgens toetste hij de index met behulp van gepubliceerde veldgegevens. De geintegreerde zuurstofindex kon de verschillen in het aantal soorten waterinsecten in bergbeken beter verklaren dan enkel de zuurstofconcentratie of de partiële druk. Ook bood de nieuwe index een betere argumentatie voor verschillen in de lichaamsgrootte van vlokreeften in een groot scala aan wateren (van zoet naar zout water en van de polen tot in de tropen).

Klimaat en zuurstof
Het onderzoek geeft een beter inzicht in hoe de beschikbaarheid van zuurstof in water verandert door temperatuurswisselingen. Dat biedt mogelijkheden om de effecten van klimaatsverandering beter te voorspellen. Vast staat dat soorten extra kwetsbaar zijn voor klimaatsverandering als de waterkwaliteit en zuurstofhuishouding niet op orde is.

Verberk WCEP, Bilton DT, Calosi P & Spier JI (2011) Oxygen supply in aquatic ectotherms: Partial pressure and solubility together explain biodiversity and size patterns. Ecology 92:1565-1572.

Visuele samenvatting