Bacteriën en schimmels maken 'levend woestijnzand' dat water langer vasthoudt
Onderzoekers uit Zwitserland en Abu Dhabi laten bacteriën en schimmels vezels maken tussen zandkorrels. Water zakt daardoor tot zes keer trager weg, met lagen bacteriecellulose zelfs 28 keer. Het is een eerste stap in het lab; proeven met planten volgen.
In veel delen van de wereld rukt de woestijn op. Door overbegrazing, kap van bossen en klimaatverandering verdwijnt de vruchtbare bovenlaag van de bodem. Wat overblijft is vaak zand. En op zand groeit weinig: er zitten geen voedingsstoffen in, de korrels plakken niet aan elkaar en water zakt er meteen doorheen. Wie er toch iets wil laten groeien, moet heel veel water geven.
Onderzoekers van Empa, het Zwitserse onderzoeksinstituut voor materialen, en van Khalifa University in Abu Dhabi hebben een manier getest om zand te veranderen in iets dat meer op een echte bodem lijkt. Ze laten er bacteriën en schimmels in groeien. Het resultaat noemen ze 'levend zand'.
Vezels als een natuurlijk net
Het idee komt uit de natuur. Een gezonde bodem zit vol schimmeldraden en stoffen die bacteriën uitscheiden. Die houden de korrels bij elkaar en houden water vast.
De onderzoekers gebruikten zand uit Abu Dhabi. Ze brachten daar verschillende bacteriën en schimmels in, samen met een voedingsoplossing. De micro-organismen maakten lange vezels die tussen de zandkorrels door groeiden. Sommige bacteriën maken nanocellulose: piepkleine vezels van hetzelfde soort materiaal als papier en katoen. De schimmels vormen een netwerk van draden, het mycelium, dat rijk is aan chitine, de stof waar ook het pantser van insecten van is gemaakt.
Volgens Gustav Nyström, hoofd van het cellulose-lab van Empa, ontstaat zo een soort natuurlijk composiet: een materiaal dat bestaat uit zandkorrels met een net van vezels ertussen, een beetje zoals wapening in beton.
Water zakt tot 28 keer trager weg
De onderzoekers maten hoe stevig het zand werd en hoe snel water erdoorheen liep. Vooral het zand met bacteriën was duidelijk steviger dan gewoon zand. Water zakte er tot zes keer zo langzaam doorheen.
Ze probeerden ook een tweede aanpak. Daarbij lieten ze bacteriën in het lab eerst matjes van cellulose maken. Die legden ze in laagjes tussen het zand, een beetje zoals de doeken die wegenbouwers in de grond leggen om die stevig te maken. Dat is meer werk, maar het gaf de beste resultaten: het zand werd het stevigst en water zakte er 28 keer zo langzaam doorheen.
Het voedsel voor de micro-organismen hoeft niet duur te zijn. Volgens hoogleraar Blaise Tardy van Khalifa University zijn er in de Verenigde Arabische Emiraten genoeg geschikte bronnen, zoals suikers uit voedselafval en groenafval van gemeenten. Volgens hem is het inzetten van deze micro-organismen dan ook geen sciencefiction.
Wat er nog moet gebeuren
De proeven zijn nu nog in het lab gedaan. Het zand is met de vezels steviger dan eerst, maar nog niet heel stevig. De onderzoekers zien hun werk als een startpunt: de volgende stap is onderzoek in een kas of op het veld. Dan moet blijken hoe goed planten groeien in het levende zand en wat het oplevert voor de landbouw. Empa zelf richt zich op materialen en laat dat vervolgonderzoek over aan specialisten in landbouw en bodem.
Het idee past in een bredere trend om met levende organismen te bouwen. Eerder schreven we al over bacteriën die zand aan elkaar kitten tot bouwmateriaal. Daar wordt zand zo hard als steen; hier is het doel juist een losse, vochtige bodem waar planten in kunnen wortelen.
Wat betekent dit voor de weg naar de singulariteit?
Woestijnen weer groen maken vraagt veel water, en water is daar het schaarst. Een bodem die water langer vasthoudt, kan dat probleem kleiner maken. Dit onderzoek laat zien dat micro-organismen daarbij kunnen helpen, met voedsel uit afval dat er toch al is.
AI kan dit soort werk flink versnellen. Er bestaan ontelbaar veel soorten bacteriën en schimmels, en elke combinatie met zand, voedsel en klimaat gedraagt zich anders. AI-modellen kunnen uit proeven leren welke combinaties het meest beloven, zodat onderzoekers minder blind hoeven te zoeken. En een groot taalmodel kent zowel bodemkunde als materiaalkunde en landbouw. Het kan verbanden leggen die een specialist uit één vakgebied mist, bijvoorbeeld tussen de cellulose uit dit onderzoek en technieken uit de papier- of textielindustrie. Zo komt een toekomst dichterbij waarin we kale woestijn stap voor stap weer tot leven wekken.
