~~ for Dutch scroll down ~~

Isotopes
For the study, Riekenberg and colleagues looked at the chemical variations in the isotopes of nitrogen. There are two predominate forms of nitrogen, 'nitrogen-14' and the heavier version, 'nitrogen-15'. When an organism digests protein, for example from plankton, the resulting nitrogen is used to create its own proteins. In this process, the lighter nitrogen-14 is lost a bit, so the relative concentration of the heavy nitrogen increases a little at each step in the food chain. As a result, animals higher up the food chain retain relatively more and more nitrogen-15.

Individual amino acids
In recent years, it has become possible to also analyze the different nitrogen isotopes from individual amino acids. Certain amino acids (the building blocks of protein) cannot be created by higher organisms themselves. As a result, those essential or ‘source amino acids’ need to be obtained from the diet and remain mostly unchanged throughout the food chain. Therefore, in these amino acids, the stable isotope ratio of nitrogen does not become progressively higher with each step of eating or being eaten. Other, so-called trophic amino acids do change a lot during metabolism through each step of the food chain. Thus, the difference in nitrogen composition between trophic and essential amino acids provides a measure of how high up the food chain an organism is, independent of any variations in underlying nitrogen sources supporting the ecosystem. We used this technique to build a trophic structure from direct measurements of the Dutch Wadden Sea food web.   

Detritus in the pore water
Using samples that were collected between 2011 and 2014 during the long-lasting monitoring program of NIOZ, SIBES (the Synoptic Intertidal BEnthic Survey), Riekenberg analyzed the nitrogen isotopes of amino acids from 340 different animals from across the Dutch Wadden Sea. Thus, he was able to trace back the sources of nitrogen that these animals used. Riekenberg: “We saw that quite a bit of the nitrogen did not come from the overlying water column, but from the benthic primary producers, like diatoms, using nitrogen from the pore water at the bottom of the Wadden Sea. This nitrogen has a distinct signal, since it is what remains after the breaking down of organic matter and denitrification, and can therefore be tracked into a portion of the food web.”

Ecological models
Riekenberg stresses that this new piece of the jigsaw adds important knowledge to the science of the Wadden Sea ecosystem. “Now that we know that detrital nitrogen in porewaters is an important direct source of nutrients, this should be included in ecological models we make of the Wadden Sea. If our models do not include all pools of nutrients supporting the food web, then how can these models accurately reflect the ecology of the Wadden Sea when they are used to predict future impacts or changes?”

Belangrijk stuk toegevoegd aan puzzel van voedselketen Waddenzee:

Bodemorganismen in de Nederlandse Waddenzee voeden zich met 'kliekjes'

De Waddenzee is een uiterst productief ecosysteem en het Waddenzee voedsel web wordt gedragen door bodemorganismen die ‘primaire producenten’, zoals diatomeën eten. In een recente publicatie in Frontiers of Ecology and Evolution laten NIOZ marien biogeochemicus dr. Philip Riekenberg en collega's zien waar (een deel van) deze exceptionele productiviteit vandaan kan komen. "Diatomeeën op droogvallende wadplaten voeden zich met de stikstof die ze deels halen uit gerecycled resten van organisch materiaal in het poriënwater tussen de zandkorrels", aldus Riekenberg. "Ze voeden zich bij wijze van spreken met de bewerkte kliekjes in de bodem."

Isotopen
Voor deze studie keken Riekenberg en collega's naar de chemische variaties in de isotopen van stikstof. Er zijn twee veel voorkomende vormen van stikstof  'stikstof-14' en de zwaardere versie, 'stikstof-15'. Wanneer een organisme eiwitten verteert, bijvoorbeeld uit plankton, wordt het achterblijvende stikstof weer gebruikt om eigen eiwitten te maken. Bij dit proces gaat het lichtere stikstof-14 een beetje verloren, zodat de concentratie van het zware stikstof-15 bij iedere stap in de voedselketen relatief een beetje toeneemt. Daardoor hebben dieren hoger in de voedselketen dus in vergelijking steeds meer stikstof-15 in hun weefsels.

Individuele aminozuren
De laatste jaren is het mogelijk geworden om ook de verschillende stikstofisotopen van individuele aminozuren te analyseren. Bepaalde aminozuren (de bouwstenen van eiwitten) kunnen niet door hogere organismen zelf worden aangemaakt. Daarom moeten die zogeheten ‘essentiële aminozuren’ uit de voeding worden gehaald en blijven ze in de hele voedselketen grotendeels onveranderd. In deze essentiële aminozuren blijft de verhouding van stikstof-14 en -15 ook onveranderd na elke stap van eten of gegeten worden. Andere, zogenaamde trofische aminozuren veranderen wél sterk bij iedere stap in de voedselketen. Het verschil in stikstofsamenstelling tussen trofische en essentiële aminozuren geeft dus aan hoe hoog een organisme in de voedselketen staat.

Afval in het poriewater
Aan monsters die tussen 2011 en 2014 werden verzameld tijdens het langdurige monitoringprogramma van het NIOZ, SIBES (de Synoptic Intertidal BEnthic Survey), analyseerde Riekenberg de stikstofisotopen van aminozuren van 340 verschillende dieren uit de hele Nederlandse Waddenzee. Zo kon hij nagaan welke stikstofbronnen deze dieren gebruikten. Riekenberg: "We zagen dat een flink deel van de stikstof niet uit de bovenliggende waterkolom kwam, maar van de primaire producenten op de bodem, zoals diatomeeën, die stikstof uit het poriewater op de bodem van de Waddenzee gebruikten. Dit stikstof heeft een duidelijk afwijkende isotopen samenstelling, want het is wat overblijft na de afbraak van organisch materiaal en denitrificatie, en kan daarom worden gevolgd in een deel van het voedsel web."

Ecologische modellen
Riekenberg benadrukt dat dit nieuwe stukje van de puzzel belangrijke kennis toevoegt aan de wetenschap van het ecosysteem van de Waddenzee. "Nu we weten dat stikstof uit afgebroken organisch materiaal in de bodem een belangrijke directe bron van voedingsstoffen is, moet dit worden meegenomen in ecologische modellen die we van de Waddenzee maken. Tot nu toe gingen ecologen ervanuit dat met name stikstof uit de waterkolom de bron was. Als onze modellen van het ecosysteem van de wadden niet alle bronnen van voedingsstoffen meenemen, dan kunnen die modellen de ecologie van de Waddenzee ook niet nauwkeurig weergeven wanneer ze worden gebruikt om toekomstige effecten of veranderingen te voorspellen."