Door klimaatopwarming en veranderingen in neerslagpatronen kunnen rivieren, beken en andere waterlopen ernstig onder druk komen te staan. Een bedreiging voor onze planeet, want deze omgevingen hebben vanwege hun rijke biodiversiteit veel waarde. Onderwaterplanten geven vissen, wormen, larven en kreeftachtigen bescherming en voedsel, stabiliseren oevers en verwijderen overtollige voedingsstoffen uit het water. Ondanks het feit dat beken en rivieren samen slechts minder dan 1 procent van het aardoppervlak vormen, bieden ze aan 10 procent van alle diersoorten een thuisbasis.

Invloed op interactie van diersoorten
Cornacchia onderzocht samen met collega’s uit Frankrijk (CNRS) en het Verenigd Koninkrijk (Queen Mary University) hoe de biodiversiteit in waterlopen wordt beïnvloed door de natuurlijke patroonvorming van sterrenkroos – een groeiwijze die het gevolg is van pure zelforganisatie. Dit mechanisme komt voor in veel ecosystemen, maar biologen weten nog weinig over de zelforganisatie van begroeide stromingen en hoe deze de interactie tussen soorten beïnvloedt. 

Cornacchia en haar collega meten de waterstroomsnelheden rond vegetatieplekken met een Vectrino ADV (Acoustic Doppler Velocimeter) in de Rhône rivier nabij Serrières-de-Briord in Frankrijk.

Klonten sterrenkroos
Sterrenkroos (Callitriche platycarpa) is een onderwaterplant die veelvuldig voorkomt in Europese waterlopen en rivieren. Op de bodem vormt ze een ruimtelijk verspreid patroon waarin een duidelijke regelmaat valt te herkennen: 'klonten' van sterrenkroos groeien in lijn met de stroomrichting met een onderlinge afstand van 5 à 8 meter. Dankzij dat patroon ontstaan lokaal verschillende stroomsnelheden.

Voor haar onderzoek voerde Cornacchia verschillende experimenten uit met sterrenkroos en bracht ze in kaart in een model. Zo formuleerde ze de hypothese dat een voldoende grote klont sterrenkroos bescherming moet bieden aan planten die gedijen in minder snel stromend water. En ook omgekeerd, dat de smalle 'kanalen' langs de randen van de klonten een thuisbasis wordt voor planten met een voorkeur voor snel stromend water.

In lab op het NIOZ in Yerseke plaatste Cornacchia sterrenkroos in een 'flume' en testte hoe de waterplant voedingsstoffen uitwisselt met het sediment.

'Stromings regulerend effect' op biodiversiteit
Tijdens veldwerk in Frankrijk werd Cornacchia's idee, ontwikkeld in het lab op het NIOZ in Yerseke, bevestigd. Op verschillende locaties in het sterrenkroospatroon vond ze planten terug, waaronder liefhebbers van zowel traag als snel water. Ook ontdekte ze een sterk verband tussen het ‘stromings regulerende’ effect van het sterrenkroos, en de groei van andere plantensoorten. "We kunnen niet anders dan concluderen dat het sterrenkoos een faciliterende omgeving creëert voor tal van andere soorten", aldus Cornacchia.

Reddingsboei & voedingsstoffen toevoer
De dichte klonten van het sterrenkroos hebben nog een tweede belangrijke functie.  Cornacchia stelde vast dat de klonten als reddingsboei dienen voor meegesleurde scheuten van planten die stroomafwaarts voeren. Ze klampen zich aan de klonten vast en krijgen zo de kans om opnieuw wortel te schieten. Een derde voordeel is dat sterrenkroos aanleiding geeft tot het ontstaan van turbulente stromingen waardoor waterplanten gemakkelijker aan voedingsstoffen komen.

Vervolgonderzoek naar natuurlijke patronen bij zeegrasvelden en koraalriffen
Het mag duidelijk zijn: dankzij de vorming van een regelmatig, klonterig patroon stimuleert sterrenkroos de biodiversiteit veel meer dan een uniforme begroeiing van oever tot oever zou doen. Cornacchia denkt dat een vergelijkbaar effect ook in andere ecosystemen voorkomt die gekenmerkt worden door ruimtelijke patronen, zoals zeegrasvelden en koraalriffen. "Om de biodiversiteit te bewaren en te stimuleren moeten we dus deze natuurlijke patronenvorming koesteren."

Proefschrift: Loreta Cornacchia (2018). Emergent properties of bio-physical self-organization in streams. PhD thesis, University of Groningen, The Netherlands.
- ISBN: 978-94-034-0347-2 (geprinte versie)
- ISBN: 978-94-0346-5 (digitale versie)
Loreta Cornacchia promoveert vrijdag 23 februari aan de RUG om 12.45 uur.

Publicatie in Ecology
Het wetenschappelijke artikel van Loreta Cornacchia verschijnt in het maartnummer van vakblad Ecology. Vanwege haar aankomende promotie heeft het toonaangevende vakblad het geaccepteerde manuscript gepubliceerd:
Cornacchia, L., Van de Koppel, J., Van der Wal, D., Wharton, G., Puijalon, S., Bouma, T., Landscapes of facilitation: how self-organized patchiness of aquatic macrophytes promotes diversity in streams. https://doi.org/10.1002/ecy.2177

Loreta Cornacchia's PhD-project werd uitgevoerd in het door de EU gefinancierde project HYTECH ('Hydrodynamisch transport in ecologisch kritieke heterogene interfaces'; FP7-PEOPLE-2012-ITN, subsidie nr. 316546). Het project werd voornamelijk uitgevoerd op het NIOZ en in samenwerking met de CNRS - University Lyon 1 (Frankrijk) en Queen Mary University van Londen (VK).