Biogeochemicus Jaap Sinninghe Damsté

Puzzelen met de prehistorie

Bij zijn onderzoek naar oerbacteriën in de oceanen deed Jaap Sinninghe Damsté verbluffende ontdekkingen over het klimaat in prehistorische tijden. Oliebedrijven houden hem in de gaten, want informatie over het oudste leven op aarde is informatie over olie.

Small jaap sinninghe damste 1
Jaap Sinninghe Damsté. ‘Als ik ergens niet mee geassocieerd wil worden, is het klimaatscepsis’ © Jussi Puikkonen

‘Zeeonderzoek’ staat er in grote witte letters op de gevel van het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee (nioz). De letters zijn al te onderscheiden als de pont Texel nadert en meeuwen hun zweefvlucht naast de boot staken om af te zwaaien naar het wad.

Jaap Sinninghe Damsté (1959) maakt het tochtje elke dag om vanuit zijn woonplaats Schagen op zijn werk te komen. In 1993 kreeg hij de kans om op het nioz zijn eigen onderzoeksgroep te beginnen. Hij had net een Pionier-subsidie op zak van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (nwo). Met dat geld startte Sinninghe Damsté een onderzoeksprogramma voor het chemisch uitlezen van de ‘sedimentaire archieven’ van het leven op aarde. Daarin is hij – met zijn onderzoeksgroep van 35 man – nu wereldleider.

De boekenkast in zijn kamer reflecteert de reikwijdte van zijn werk. Early Organic Evolution, Oceanography, Fundamentals of Geobiology. Hij promoveerde in 1988 aan de faculteit chemische technologie van de Technische Universiteit Delft, omringd door ‘hardcore chemici en fabriekenbouwers’, zo vertelt hij nu. Als eerste ter wereld beantwoordde hij de vraag waar de zwavel in olie vandaan komt. ‘Dankzij zijn promotieonderzoek [moesten] de theorieën over de wereldwijde koolstofkringloop en zwavelcyclus worden herzien’, zo oordeelde de jury die hem in 2004 de Spinozapremie toekende. Achter zijn beeldscherm hangt nog een aandenken: een poster waarin zijn hoofd in het bekende portret van Spinoza is gephotoshopt.

De KNAW heeft de Dr. A.H. Heinekenprijs voor milieuwetenschappen 2014 toegekend aan Sinninghe Damsté voor zijn pionierswerk in de organische geochemie, het vakgebied dat door onderzoek van chemische fossielen kennis levert over de evolutie en de geologische toestanden op aarde in prehistorische tijden. Sinninghe Damsté publiceerde meer dan zeshonderd wetenschappelijke artikelen, werd meer dan 26.000 keer aangehaald door collega’s, en is daarmee wereldwijd de productiefste en meest geciteerde wetenschapper in het sedimentonderzoek van de afgelopen tien jaar.

Sinninghe Damsté trad in de voetsporen van Geoffrey Eglinton, die alkenonen analyseerde – vetachtige moleculen die geproduceerd worden door kalkalgjes in de oceaan. De onderzoeker van de Universiteit van Bristol ontdekte in de jaren tachtig een verband tussen de temperatuur van het zeewater en de moleculaire eigenschappen van de alkenonen. Niemand wist waarom, maar in warmer water bleken de kalkalgjes meer alkenonen met driedubbele bindingen te produceren. In kouder water maken ze meer alkenonen met tweedubbele bindingen. Neem een bodemmonster van pak ’m beet twintig miljoen jaar geleden, check de verhouding tussen de verschillende alkenonen, en je kunt heel behoorlijk inschatten hoe warm het zeewater toen was.

De kunst is om dit soort informatie uit de archieven van de aarde te lichten. Sinninghe Damsté loopt daarin voorop. Hij ontwikkelt sinds begin jaren negentig nieuwe methodes en nieuwe instrumenten om prehistorische condities te reconstrueren. De grondstoffen van zijn analyses zijn organische overblijfselen die een microscoop niet eens kan waarnemen. Zulke moleculaire fossielen zijn niet zo spraakmakend als dinosaurusbotten of krokodillenkiezen, maar ze geven wel aanleiding tot grote verhalen over de fenomenen en het leven op aarde. In de publicaties van Damsté en zijn collega’s figureren zuurstofloze zeeën, klimaatschommelingen die zo hevig waren dat ze de sneeuw op de Kilimanjaro deden smelten, en een zeespiegel in het midden van het tijdperk Krijt die 250 meter hoger ligt dan vandaag. De implicaties zijn even divers. Dankzij de biogeochemici weten we steeds meer van het oudste leven op aarde, kunnen oliebedrijven hun reserves beter op waarde schatten en kunnen klimaatwetenschappers hun modellen verbeteren.

In het lab van het NIOZ is een handjevol analisten aan het werk. De ene prepareert een monster, de andere kijkt op een scherm naar een grafiek vol pieken en dalen. ‘Wat wij hier doen, is pure analytische chemie’, zegt Sinninghe Damsté. ‘We isoleren en analyseren voor ons interessante stoffen uit een duizelingwekkend complex mengsel van tienduizenden stofjes.’

In 2001 herschreef zijn onderzoeksgroep de boeken over het leven in de oceaan. De Texelse wetenschappers ontdekten met een nieuwe techniek dat de archeae, een tot op dat moment als buitenissig beschouwde eencellige levensvorm die ook wel bekendstaat als de ‘oerbacterie’, in feite doodnormaal is. ‘We dachten lange tijd dat oerbacteriën alleen in extreem zoute, zure of warme condities voorkwamen. Nu bleken ze overal in gewoon oceaanwater te zitten, zelfs rond Antarctica.’ Qua aantallen bleken deze eencelligen het leven in de oceaan zelfs te domineren, iets wat de wetenschap tot op dat moment was ontgaan. Omdat de oerbacteriën zich bovendien net als planten bleken te voeden met ammonium en CO2 moest onze kennis over de stikstof- en koolstofkringloop op de schop.

De vondst riep ook evolutionaire vragen op. Kennelijk waren de extremofiele oerbacteriën op enig moment geëvolueerd om te gedijen onder gangbare omstandigheden. Sinninghe Damsté vond door analyse van oude sedimenten een explosieve toename van de koude minnende oerbacteriën in het Midden-Krijt, 112 miljoen jaar geleden. ‘Wij dachten dat we een sprong in de evolutie hadden gevonden, een mutatie waardoor deze variant van de archeae kon ontstaan. Inmiddels is die theorie een beetje achterhaald. We vonden de koude minnende oerbacteriën later terug in nog oudere sedimenten.’

Hoe meer koolstofringen in de celmembranen van de oerbacteriën, hoe warmer het zeewater

Maar toen had de theorie over een evolutionaire sprong al in Science en in de krant gestaan. ‘Dat hoort bij de wetenschap. Ik ben een puzzelaar. Ik probeer stukjes bewijs in elkaar te passen en daar een verhaal van te maken. Het probleem is dat je relatief weinig gegevens hebt, maar wel een conclusie wilt trekken. Uiteindelijk blijft alles wat wij over de prehistorie zeggen een interpretatie van beperkte gegevens. Het kan nooit de volledige waarheid zijn.’

Shell bood hem een baan aan toen hij net was gepromoveerd. Het bedrijf zag een goede oliezoeker in de promovendus uit Delft. Want wie zoals Sinninghe Damsté aan de hand van chemische fossielen kan reconstrueren waar en wanneer organisch materiaal van prehistorisch leven is neergeslagen op de oceaanbodem, weet ook waar en wanneer olie is ontstaan. Sinninghe Damsté vond het vooruitzicht zijn eigen baas te zijn aantrekkelijker dan het salaris van de industrie. Maar zijn interesse bleef overlappen met die van Shell. Het was geen verrassing dat zijn onderzoeksgroep in 2004 de basis legde voor een nieuwe techniek om aardolie te dateren – aan de hand van chemische fossielen, inderdaad. Een vondst van groot belang voor de olie-industrie, die de techniek al gauw kon gaan gebruiken om de omvang van reservoirs beter in te schatten, en nieuwe olie te vinden.

‘We hebben nu best een goede samenwerking met Shell’, zegt Sinninghe Damsté. ‘Zij hebben apparatuur die we hier niet hebben, en ze vinden het prima als wij bepaalde monsters in hun lab analyseren.’ Soms benadert de olie- en gasgigant hem met een vraag, bijvoorbeeld of hij wil nadenken over manieren om de sweet spots voor schaliegasboringen beter te identificeren. ‘Als wij denken dat zulk onderzoek ook voor ons meerwaarde heeft, dan geven ze ons geld, en voeren wij het onderzoek uit. Ik doe dat natuurlijk alleen als het mijn onafhankelijkheid als onderzoeker niet beïnvloedt.’

Hij zou zich niet tot de vragen van Shell willen beperken. Sinninghe Damsté praat liever over naaldvormige kiezelalgen en de manier waarop die 91 miljoen jaar geleden wijdverspreid raakten in de Atlantische Oceaan, toen de continenten Afrika en Zuid-Amerika uit elkaar dreven, dan over olie. Hij veert nog steeds op van zijn stoel als hij vertelt over de bizarre moleculaire structuur van de ladderlipiden die hij in 2002 ontdekte – ‘heb je daarvan gehoord?’ Ja, de wetenschap was voor hem een goede keus.

Het meest gefascineerd is hij door het Midden-Krijt, zo’n honderd miljoen jaar terug. De aarde was toen een broeikas. De CO2-concentratie in de atmosfeer was minstens vier keer zo hoog als voor de industriële revolutie – een toestand die we mogelijk aan het eind van deze eeuw weer zullen meemaken. Er waren geen ijskappen op de polen en door grootschalig onderwatervulkanisme lag de zeespiegel ongeveer 250 meter hoger. West-Europa en hele stukken van Afrika lagen onder water en de Atlantische Oceaan was zo warm als een subtropisch zwembad.

Dat laatste weten we dankzij een nieuwe ‘paleothermometer’ die Damsté begin deze eeuw met zijn groep ontwikkelde, een van zijn belangrijkste wapenfeiten. De Texelse techniek werkt volgens het principe dat Geoffrey Eglinton eerder met de kalkalgjes had uitgevogeld, maar kan veel verder terug in de tijd omdat de restanten van de stokoude oerbacteriën het uitgangspunt van de analyse zijn. Hoe meer koolstofringen in de celmembranen van de oerbacteriën, hoe warmer het zeewater is geweest.

Deze keer was het de klimaatwetenschap die zich verheugde met de vondst van Sinninghe Damsté. Want als je de Texelse reconstructies van de prehistorische temperaturen combineert met schattingen van de toenmalige CO2-concentraties, heb je sterk empirisch bewijs voor het broeikaseffect in handen. Wat dat betreft voorspelt het Midden-Krijt weinig goeds. Tot nu toe blijkt het op aarde in periodes met hogere CO2-concentraties consequent warmer te zijn geweest, veel warmer. ‘Dat verband gaat prachtig op’, aldus Damsté. Dat er vandaag de dag discussie is over de snelheid van de opwarming snapt hij wel – je kunt altijd steggelen over de details –, maar dat er mensen zijn die de grote lijn van het klimaatprobleem ontkennen, daar kan hij niet bij. ‘Ik denk dat wetenschappers op dit moment wel duidelijk genoeg hebben gemaakt dat het voor de mensheid behoorlijk ernstig kan worden.’ Zelf denkt hij dat de prognoses van het ipcc aan de conservatieve kant zijn.

Ironisch was dat in 2009 klimaatsceptici aan de haal gingen met een van zijn publicaties. Texelse analyse van een boorkern uit het kratermeer Challa in Kenia wierp licht op hevige klimaatschommelingen rond de Kilimanjaro aan het begin van het Holoceen, elfduizend jaar terug. Afwisselende natte en droge periodes maakten dat de top van de berg nu eens wel en dan weer niet met sneeuw was bedekt. Dat de sneeuwmuts nu smelt, heeft dus niet per se te maken met door de mens veroorzaakte klimaatverandering. ‘Al Gore moet een ander symbool gaan zoeken voor zijn klimaatprobleem’, schreef weekblad Elsevier triomfantelijk.

‘Ik had Al Gore’s film zelf aangehaald in het persbericht’, zegt Damsté. ‘Het beeld dat hij had gekozen was niet het meest gelukkige. Maar het was heel onverstandig van me om dat in het persbericht te zetten, want het vormde natuurlijk direct aanleiding voor klimaatsceptici om met mijn onderzoek aan de haal te gaan. Dat was wel het dieptepunt van mijn wetenschappelijke carrière. Als ik ergens niet mee geassocieerd wil worden, is het klimaatscepsis!’

Sinds dit jaar geeft Damsté leiding aan het Netherlands Earth System Science Centre (nescc). Met twee flinke subsidies van het ministerie van ocw gaat dit nieuwe interdisciplinaire centrum van Nederlandse wetenschappers onderzoeken hoe vroegere klimaatveranderingen tot stand kwamen. De reconstructie van CO2-gehaltes in de prehistorische atmosfeer staat nog in de kinderschoenen. Als de onderzoekers daar voortgang weten te boeken, zullen ze ook beter kunnen voorspellen hoe warm het aan het einde van deze eeuw gaat worden. Dát het warmer wordt, staat helaas al vast.


Zie ook knaw.nl/damste