Edith Widder: Stralend leven in een onderwaterrijk

In de geest van Jacques Cousteau, die zei, "mensen beschermen wat ze liefhebben", wil ik met jullie delen, wat ik het meeste liefheb in de oceaan, en dat is de ongelofelijke hoeveelheid en diversiteit aan dieren die licht maken.

Mijn verslaving begon met dit vreemd uitziende duikpak genaamd Wasp. Dat is geen acroniem -- iemand vond het op het insect lijken. Het was ontwikkeld voor de offshore olie-industrie, voor duiken bij olieplatforms tot een diepte van 600 meter. Direct na mijn promoveren had ik het geluk toegelaten te worden tot een groep wetenschappers die dit voor het eerst gebruikten voor de verkenning van de oceaan. We trainden in een tank in Port Hueneme. Mijn eerste duik in open water was in het Santa Barbara kanaal. We doken in de avond. Ik daalde af tot een diepte van 270 meter en deed de lichten uit. De reden waarom ik de lichten uitdeed is omdat ik wist dat ik lichtgevende dieren zou kunnen zien: bioluminescentie. Maar ik was totaal niet voorbereid op hoe veel er was en hoe spectaculair het was. Ik zag kwallenkettingen genaamd siphonophoren die langer waren dan deze ruimte en zoveel licht gaven dat ik de meters kon lezen binnenin het duikpak, zonder lamp. Wolkjes en golven van iets wat leek op lichtgevende blauwe rook en vonkenexplosies die opstegen uit de stuwmotoren, net als de gloeiende vonken die opstijgen van een kampvuur, maar dit waren ijsachtig blauwe vonken. Het was adembenemend.

Bij bioluminescentie denken mensen meestal aan deze jongens: vuurvliegen. Nog enkele andere landorganismen maken licht: sommige insecten, wormen, fungi. Maar over het algemeen is het zeldzaam aan land. In de oceaan is het eerder regel dan uitzondering. Als ik me op de open oceaan begeef, vrijwel overal ter wereld, en ik sleep een net van 900 meter naar de oppervlakte, zijn de meeste dieren, op veel plekken 80 tot 90 procent van de dieren die naar boven komen, lichtgevend. Dat staat garant voor behoorlijk spectaculaire lichtshows.

Nu laat ik jullie een klein filmpje zien dat ik opnam vanuit een onderzeeër. Ik ontwikkelde deze techniek met een kleine éénpersoons duikboot genaamd Deep Rover, en heb haar toen aangepast voor de Johnson Sea-Link, die je hier ziet. Vóór de observatiekoepel is een ring van 90cm diameter met daarvoor een gaas gespannen. In de koepel heb ik een versterkte camera die ongeveer zo gevoelig is als een aan donker aangepast menselijk oog, alleen een beetje wazig. Dus je zet de camera aan, doet de lichten uit. Die glinstering die je ziet, is geen luminescentie; dat is elektronische ruis op deze geïntensiveerde camera's. Je ziet geen luminescentie totdat de onderzeeër begint te bewegen door het water, maar als hij dat doet, worden tegen het scherm botsende dieren gestimuleerd om licht te geven.

Toen ik dit voor het eerst deed, probeerde ik enkel het aantal bronnen te het tellen. Ik kende mijn snelheid; ik kende het gebied. Dus kon ik uitrekenen hoeveel honderden bronnen er waren per kubieke meter. Maar ik begon te beseffen dat ik dieren kon identificeren door de soort flitsen die ze produceerden. Hier, in de Golf van Maine op 225 meter, kan ik vrijwel alles wat je ziet benoemen tot op soort-niveau, zoals die grote explosies, vonken, zijn van een kleine ribkwal. Er is krill en andere soorten schaaldieren, en kwallen. Daar was zo'n ribkwal. Ik heb dus gewerkt met beeldanalyse-ingenieurs om automatische herkenningssystemen te ontwikkelen die deze dieren kunnen identificeren en dan de X,Y, Z-coördinaten geven van het punt van contact. Dan kunnen we de dingen doen die biologen aan land doen zoals onderlinge afstanden.

Maar je hoeft niet altijd af te dalen naar de diepten van de oceaan om zo'n lichtshow te zien. Je kunt het ook in het oppervlaktewater zien. Dit is een video, gemaakt door Dr. Mike Latz van Scripps Institution, van een dolfijn die door bioluminescente plankton zwemt. Dit is niet op een exotische plek zoals een van de bioluminescente baaien van Puerto Rico, maar in feite gefilmd in de haven van San Diego. Soms kun je het zelfs van nog dichterbij zien want de "heads" op schepen -- dat zijn toiletten, voor alle landrotten die luisteren -- worden doorgespoeld met ongefilterd zeewater dat vaak bioluminescent plankton bevat, dus als je 's avonds laat de wc op strompelt en je bent zo zeeziek dat je vergeet het licht aan te doen, denk je wellicht dat je een religieuze ervaring hebt.

Hoe maken levende wezens licht? Dat was de vraag die de 19de-eeuwse Franse fysioloog Rafael Dubois stelde over dit bioluminescente schelpdier. Hij vermaalde het en wist er enkele chemicaliën uit te halen. Eéntje, het enzym, noemde hij "luciferase", het substraat noemde hij "luciferin", naar Lucifer, de lichtdrager. Die terminologie bleef, maar het refereert niet aan specifieke chemicaliën want deze chemicaliën hebben veel verschillende vormen en gedaanten. In feite zijn de meeste mensen die tegenwoordig bioluminescentie onderzoeken, gefocust op de chemie, omdat deze chemicaliën zo ongelofelijk waardevol zijn gebleken voor het ontwikkelen van antibacteriële substanties, kankerbestrijdingsmedicijnen, tests voor aanwezigheid van leven op Mars, opsporing van vervuiling in ons water; daarvoor gebruiken wij het bij ORCA. In 2008, werd de Nobelprijs voor de Chemie toegekend voor onderzoek naar het molecuul "Groen Fluorescent Proteïne" dat geïsoleerd werd uit de bioluminescente chemie van een kwal, en het is vergeleken met de uitvinding van de microscoop, wat betreft de impact die het had op celbiologie en genetische technologie.

Iets anders wat deze moleculen ons vertellen is dat bioluminescentie blijkbaar minstens 40 maal, en misschien zelfs tot 50 verschillende malen ontstaan is in de evolutionaire geschiedenis. Dat is een duidelijke indicatie hoe enorm belangrijk deze eigenschap is voor het overleven. Nu, wat maakt bioluminescentie zo belangrijk voor zoveel dieren? Nou, voor dieren die belagers trachten te vermijden door in het donker te leven, kan licht toch erg nuttig zijn voor drie fundamentele dingen die dieren moeten doen om te overleven, en dat is voedsel vinden, een partner vinden, en vermijden opgegeten te worden. Deze vis bijvoorbeeld, heeft een koplamp ingebouwd achter zijn oog. Hij kan die gebruiken om voedsel te vinden, of een partner aan te trekken. Wanneer hij het niet gebruikt, kan hij hem wegrollen in zijn hoofd, net als de koplampen op je Lamborghini. Deze vis heeft frontale koplampen,

en deze vis, één van mijn favorieten, heeft drie koplampen aan elke zijde van zijn hoofd. Deze is blauw. Dat is de kleur van de meeste bioluminescentie in de oceaan omdat evolutie geselecteerd heeft op de kleur die het verste reikt door zeewater, om communicatie te optimaliseren. Dus de meeste dieren maken blauw licht, en kunnen alleen blauw licht zien, maar deze vis is een fascinerende uitzondering want het heeft twee rode lichtorganen. Ik heb geen idee waarom twee; dat wil ik ooit nog eens oplossen. Dus hij kan niet alleen blauw licht zien, maar ook rood licht. Dus hij gebruikt zijn bioluminescentie als een geweerkijker om dieren te kunnen besluipen die blind zijn voor rood licht en hij kan hen zien, zonder gezien te worden. Hij heeft ook een kleine kin-voeldraad met blauw luminescent lokaas eraan die hij kan gebruiken om prooi te lokken van veraf. Veel dieren gebruiken bioluminescentie als aas.

Dit is nog een favoriete vis van me. Het is een addervis; hij heeft aas aan het eind van een lange hengel die zich buigt tot vóór de rijkbetandde bek die de addervis zijn naam geeft. De tanden van deze vis zijn zo lang dat als hij ze bij het dichtbijten binnen zou houden hij zijn eigen hersenen zou opspiesen. Dus ze glijden in gleuven aan de buitenkant van de kop. Het is een kerstboom van een vis; alles eraan licht op. Het is niet alleen dat aas. Hij heeft een ingebouwde zaklamp. Hij heeft juweel-achtige lichtorganen op zijn buik die hij gebruikt voor een type camouflage die zijn schaduw opheft, dus als hij rondzwemt en onder hem kijkt een roofdier omhoog maakt hij zichzelf onzichtbaar. Hij heeft lichtorganen in zijn mond. Hij heeft lichtorganen in elke schub, in de vinnen, in een slijmlaag op de rug en de buik, allemaal gebruikt voor verschillende dingen, waarvan sommige bekend zijn, andere niet.

We weten al iets meer over bioluminescentie dankzij Pixar, en ik ben Pixar erg dankbaar dat ze mijn favoriete thema met zoveel mensen delen. Ik had wel graag gezien dat ze, met hun budget, een beetje meer geld hadden uitgegeven aan een consult van een arme promovendus die ze had kunnen vertellen dat dit de ogen zijn van een vis die geconserveerd is in formaldehyde. Dit zijn de ogen van een levende hengelvis. Dus ze heeft een lokaas dat ze uitsteekt voor deze levende muizenval van naaldachtig scherpe tanden, om nietsvermoedend prooi te lokken. Deze heeft een lokaas met allemaal interessante draden eraan.

We dachten dat de verschillende vormen aas verschillende soorten prooi moesten lokken, maar maaginhoud-analyses van deze vissen, gedaan door wetenschappers, of eerder hun promovendi, heeft uitgewezen dat ze allemaal zo'n beetje het zelfde eten. Nu geloven we dat de verschillende vormen van het aas zijn hoe het mannetje het vrouwtje herkent in de hengelvis-wereld, want veel van deze mannetjes zijn wat we noemen "dwergmannetjes". Dit kleine kereltje heeft geen zichtbare middelen tot voortbestaan. Hij heeft geen aas om prooi aan te trekken en geen tanden om hem op te eten als het er is. Zijn enige hoop op voortbestaan in de wereld is als gigolo. Hij moet een meid opscharrelen om die vervolgens nooit meer los te laten. Dit kleine kereltje heeft deze meid opgescharreld, en je ziet dat hij zo slim was om zich zo aan haar te hechten dat hij haar niet aan hoeft te kijken. (Gelach) Maar hij weet dat hij haar niet kan laten lopen, dus hij bezegelt hun relatie met een eeuwige kus. Zijn vlees vergroeit met haar vlees, haar bloedstroom vloeit in zijn lichaam, en hij wordt niets meer dan een kleine spermazak. (Gelach) Het is een diepzeeversie van de vrouwenbeweging. Ze weet altijd waar hij is, en ze hoeft niet monogaam te zijn, want aan sommige van deze vrouwtjes zitten meerdere mannetjes bevestigd.

Dus ze kunnen het gebruiken om voedsel te vinden, en partners. Ze gebruiken het veel voor defensie, op diverse manieren. Veel van hen kunnen hun luciferine en luciferase uitstoten, zoals een inktvis of octopus een inktwolk uitstoot. Deze garnaal spuwt daadwerkelijk licht uit zijn mond alsof hij een vuurspuwende draak is. Dit verblindt addervissen, of leidt ze af zodat de garnaal het donker in kan vluchten. Er zijn veel verschillende dieren die dit kunnen. Kwallen, pijlinktvissen, een hele hoop veschillende schaaldieren

Er zijn zelfs vissen die dit kunnen. Deze vis heet de "stralende buisschouder" omdat hij een buis in zijn schouder heeft waaruit licht kan spuiten. Ik had het geluk om er eentje te kunnen vangen toen we op een sleepnet-expeditie waren bij de Noordwest kust van Afrika, voor "Blue Planet", voor het diepe stuk van "Blue Planet". We gebruikten een speciaal sleepnet waarmee deze dieren levend opgevist konden worden. Dus we vingen er één, en brachten hem naar het lab. Ik houd hem vast, en sta op het punt om die schouder aan te raken; als ik dat doe, zul je zien dat er bioluminescentie uit komt. Wat mij schokte, was niet de hoeveelheid licht, maar het feit dat het niet alleen luciferin en luciferase zijn. Bij deze vis zijn het hele cellen met nuclei en membranen. Het is energetisch erg kostbaar voor de vis om te doen, en we hebben geen idee waarom hij het doet. Nog zo'n mysterie dat moet worden opgelost.

Een andere vorm van afweer is het inbraakalarm. Dezelfde reden als waarom je een inbraakalarm in je auto hebt. Het claxonneren en de knipperlichten trekken de aandacht van, hopelijk de politie die zal komen om de inbreker in te rekenen. Als een dier in de macht van een roofdier is, kan zijn enige hoop op ontsnappen zijn, dat het iets nog groters en gevaarlijkers aantrekt, dat zijn belager zal aanvallen, waardoor hij een ontsnappingskans krijgt. Deze kwal bijvoorbeeld, heeft een spectaculaire bioluminescente lichtshow. Hier zitten we hem achterna in de duikboot. Dit is niet luminescentie, maar licht gereflecteerd door de geslachtsklieren. We vangen het in een speciaal apparaat op de voorkant van de duikboot, waarmee we hem naar het lab kunnen halen in perfecte conditie. Om de lichtshow te provoceren die je zometeen ziet, heb ik hem éénmaal per seconde aangeraakt op zijn zenuwring, met een scherpe punt als de scherpe tand van een vis. Zodra de show begint, raak ik hem niet meer aan. Dit is een ongelofelijke lichtshow. Het is een vuurrad van licht. Ik heb berekend dat dit 90 meter verderop zichtbaar is voor een roofdier. Ik dacht, weet je, dat zou wel eens een goed lokkertje kunnen zijn. Want één van de dingen die me frustreerden als diepzeeonderzoeker is hoeveel dieren er waarschijnlijk in de oceaan zijn, waarvan we niets weten door de wijze waarop we de oceaan verkennen.

Onze kennis van wat in de oceaan leeft, verkrijgen we voornamelijk door netten achter boten aan te slepen. Noem mij een andere tak van wetenschap die nog steeds afhankelijk is van eeuwenoude technologie. De andere voornaamste manier is om af te dalen met duikboten en op afstand bestuurde voertuigen. Ik heb honderden duiken gemaakt in duikbootjes. Wanneer ik echter in een duikbootje zit, weet ik dat ik helemaal niet onopvallend ben. Ik heb heldere lichten en luidruchtige stuwmotoren. Elk dier met een beetje verstand blijft wel uit de buurt. Dus ik wilde al geruime tijd een andere manier verzinnen om te verkennen.

Enige tijd geleden kreeg ik dit idee voor een camerasysteem. Het is niet zo heel ingewikkeld. We noemen dit ding: "Oog-in-de-Zee". Wetenschappers hebben dit jarenlang aan land gedaan; we gebruiken een kleur die de dieren niet kunnen zien, en dan een camera die die kleur kan zien. Je kunt geen infrarood gebruiken in zee. We gebruikten ver-infrarood, maar zelfs dat is een probleem omdat het zo snel geabsorbeerd wordt. Je hebt een versterkte camera nodig, we wilden deze elektronische kwal maken. Het punt is, in de wetenschap moet je de fondsen vertellen wat je precies gaat vinden voordat ze je geld geven. Ik wist niet wat ik ging vinden, dus kon ik hiervoor geen geld krijgen. Dus ik improviseerde dit in elkaar; ik kreeg de Harvey Mudd Engineering Clinic zover dat ze het aanvankelijk als promoveerproject deden, en toen ritselde ik geld van een hele reeks verschillende bronnen.

Monterey Bay Aquarium Research Institute gaf me tijd met hun R.O.V. zodat ik het kon testen en we konden uitdokteren, bijvoorbeeld, welke kleuren rood we moesten gebruiken zodat we de dieren konden zien, maar zij ons niet, de elektronische kwal aan de praat krijgen. Je kunt zien wat een houtje-touwtje-operatie dit was want we goten deze 16 blauwe LED's in epoxy -- en je kunt zien dat in het epoxy nog steeds het woord Ziploc zichtbaar is. Het spreekt vanzelf dat als het zo geïmproviseerd is, er een hoop tests en beproevingen waren voor het werkte. Maar er kwam een moment waarop het allemaal samenkwam, en alles werkte. Opmerkelijkerwijs is het zelfs op film vastgelegd door fotograaf Mark Richards, die toevallig daar was op het moment dat we ontdekten dat het allemaal werkte. Links sta ik, mijn promovendus destijds, Erica Raymond, en Lee Fry, die de technicus van het project was. We hebben deze foto een ereplek gegeven in ons lab, met het onderschrift: "Technicus bevredigt twee vrouwen gelijktijdig". We waren ongelofelijk gelukkig.

Nu hadden we een systeem dat we werkelijk naar een plek konden brengen dat een soort oase was op de bodem van de oceaan, en waar wel eens veel grote roofdieren konden komen. De plek waar we het heenbrachten was een zoutmeer in het noordelijke deel van de Golf van Mexico. Het is een magische plek. Ik weet dat dit beeldmateriaal er belabberd uitziet -- we hadden een krakkemikkige camera destijds -- maar ik was extatisch. We zijn aan de rand van het zoutmeer. Daar zwemt een vis op de camera af. Hij is duidelijk ongestoord door ons. Ik had mijn venster op de diepzee. Voor het eerst kon ik zien wat dieren daar beneden deden als wij ze niet stoorden. Vier uur na aanvang hadden we geprogrammeerd dat de elektronische kwal zich voor het eerst zou laten zien. 86 seconden nadat hij zijn lichtshow begon, filmden we dit. Het is een pijlinktvis, ruim 1.80 meter lang, die zo nieuw is voor de wetenschap, dat hij niet in enige bekende familie geplaatst kan worden. Ik had geen beter prototype kunnen wensen.

Gebaseerd hierop, ging ik terug naar de National Science Foundation en zei: "Dit is wat we gaan ontdekken". Daarop gaven ze me genoeg geld om het goed te doen, wat leidde tot de ontwikkeling van de eerste diepzeewebcam ter wereld, die geïnstalleerd is geweest in het ravijn bij Monterey, gedurende het afgelopen jaar. Nu, meer recent, een modulaire vorm van dit systeem. Een veel mobielere vorm, die makkelijker te installeren en terug te halen is, waarvan ik hoop dat hij gebruikt kan worden in Sylvia's "hope spots" om te helpen deze plekken te verkennen en beschermen, en, voor mij, te leren over de bioluminescentie in deze "plekken van hoop".

Wat ik jullie dus wil meegeven is dat er nog veel te verkennen valt in de oceanen, en Sylvia heeft gezegd dat we de oceanen verwoesten voordat we weten wat er in zit, en ze heeft gelijk. Als je ooit de kans krijgt om een duik te maken in een onderzeeër, zeg dan ja, duizend maal ja, en doe de lichten uit. Ik beloof je: je zult het fantastisch vinden.

Dank je wel.

(Applaus)