De energiehuishouding van dieren meten met sensoren

“Leven kost energie, oftewel brandstof uit voeding. Efficiënt energieverbruik is daarom de sleutel tot succes: hoe minder energie nodig is voor dagelijkse dingen hoe meer er overblijft voor groei en voortplanting”, zegt ecotoxicoloog Edwin Foekema. “Het energieverbruik stijgt bijvoorbeeld als een dier veel moet vluchten of als het wordt geconfronteerd met ziekte of ongunstige leefomstandigheden. Wij bestuderen hoe efficiënt dieren omgaan met de energie uit hun voedsel: hoeveel energie houden ze over voor groei en voortplanting en hoe wordt dit beïnvloed door factoren van buitenaf zoals klimaatverandering, verontreiniging van het water en de lucht of verstoring van de leefomgeving.”

Sensoren in schelpen van mosselen

De onderzoekers nemen in eerste instantie de energiehuishouding van vissen en ongewervelden zoals mosselen onder de loep. Ze testen de toepassing van sensoren die op dit moment op de markt zijn. Zo hebben ze in de schelpen van mosselen gaatjes geboord en daar sensoren in vastgemaakt die het zuurstofgehalte in de schelp meten. De data kunnen ze op een computer aflezen. “Een mossel sluit zijn schelp als hij droog komt te liggen of als het water verontreinigd is. Wij dachten dat er in de schelp dan nog wel enige tijd een zuurstofvoorraad aanwezig zou blijven. Maar nu blijkt dat die na een paar minuten al is uitgeput. De mossel moet dus vrijwel meteen overschakelen naar een zuurstofloos metabolisme. Dat kost relatief veel energie, dat houden ze maar een paar dagen vol. Met andere sensoren meten we gelijktijdig de bewegingen, de hartslag en de ademhaling van de mossel.”

Digital twin

De onderzoekers combineren deze data straks in een computermodel. Ze maken een digital twin, oftewel een virtuele versie van het dier dat laat zien hoeveel energie het gebruikt en aan welke activiteiten dat wordt besteed. Vervolgens kunnen ze berekenen hoe verschillende omstandigheden dit energieverbruik beïnvloeden. Zo gaan ze bij de schelpdieren eerst kijken naar het effect van hoge temperaturen.

Het systeem is in eerste instantie bedoeld voor dieren in laboratoria of op boerderijen. Uiteindelijk hopen de onderzoekers een systeem te bouwen dat ook in het veld te gebruiken is voor allerlei verschillende diersoorten. Ze werken toe naar een sensor die alle metingen kan doen. Denk aan de hartslag, activiteit of het zuurstofverbruik. Dat is wel een uitdaging volgens Foekema. “Dieren mogen geen last hebben van de sensoren en we moeten oplossingen vinden voor het uitlezen van verzamelde data in het veld. Voor vleermuizen bijvoorbeeld zullen alleen hele kleine sensoren geschikt zijn, bovendien vliegen ze heel snel langs detectiepaaltjes. Dat is dan ook de ultieme uitdaging. Maar wellicht kunnen we op niet al te lange termijn wel zeehonden uitrusten met een soort sticker om te achterhalen welk effect het bouwen van windparken in zee op het energieverbruik van deze dieren heeft. Uiteindelijk kunnen beleidsmakers resultaten van sensormetingen gebruiken om gericht in te grijpen als het energiegebruik van populaties sterk wordt beïnvloed.”