Hoe voorkom je dat insecten gewassen opeten zonder chemicaliën te gebruiken? Een plakkerige plant gaf Abinaya Arunachalam inspiratie.
„De volgende dag waren ze allemaal dood”, vertelt Abinaya Arunachalam met een schuldbewuste glimlach. „Blijkbaar had ik niet grondig genoeg gewassen.”
De materiaalkundige blikt terug op een moment in het begin van haar promotie aan de Rijksuniversiteit Groningen, vier jaar geleden. Een collega uit Leiden stuurde haar tripsen toe om mee te experimenteren. Voor haar onderzoek naar nieuwe vormen van insectenbestrijding waren deze insecten een geschikt model, omdat sommige soorten in de landbouw een plaag vormen.
De collega had haar aangeraden de diertjes met sperziebonen uit de supermarkt te voeden. „En hij zei echt honderd keer dat ik ze goed moest wassen”, zegt Arunachalam. „Want er zitten natuurlijk pesticiden op de schil.”
Ze schrobde uitgebreid. Althans, dat dacht ze. Toen ze de volgende dag alle insecten dood aantrof, besefte ze hoeveel pesticideresten op voedsel blijven zitten en hoe moeilijk het is ze eraf te krijgen. „Ik was echt verbaasd. Ik had geen idee dat het zo erg was.” Voor Arunachalam persoonlijk was die ervaring reden om ook haar eigen groenten en fruit voortaan grondiger te wassen.
Wat voor de tripsen fataal bleek, is voor mensen uiteraard niet onmiddellijk dodelijk. Toch vergroot langdurige blootstelling aan pesticiden het risico op gezondheidsproblemen, vertelt Arunachalam. Dat is één van de redenen waarom het gebruik van chemische pesticiden al langer controversieel is.
Bovendien ondermijnen ze op termijn hun eigen werking. Door herhaald gebruik overleven juist de insecten die minder gevoelig zijn voor het middel. Zo ontstaat resistentie en neemt de effectiviteit af. Boeren grijpen vervolgens naar hogere doseringen of zwaardere middelen. Uiteindelijk is minder dan 1 procent van het gespoten pesticide effectief. De rest hecht niet goed en spoelt van de plant af naar bodem en oppervlaktewater, waar het ecosystemen kan verstoren.
Tegen die achtergrond begon Arunachalam aan haar promotie binnen een consortium dat een alternatief voor chemische middelen wil ontwikkelen. Daarin werkten wetenschappers van verschillende Nederlandse universiteiten samen met een bedrijf gespecialiseerd in gewasgroei en plantverzorging. Hun zoektocht laat zien hoe moeilijk het is die middelen te vervangen.
Binnen het team bestond al het idee om een fysieke val in de vorm van een kleverige substantie in plaats van gif te gebruiken. Kleverige insectenvallen bestaan al langer – denk aan gele plakstrips in kassen – maar die hangen los in de ruimte en vangen wat er toevallig voorbijvliegt. De innovatie zou zijn dat boeren de kleverige substantie direct op het blad kunnen spuiten, zodat insecten vastzitten zodra ze op de plant landen.
Arunachalams taak als materiaalkundige was zo’n spray op waterbasis voor toepassing in kassen te ontwikkelen. Een collega uit Wageningen werkte tegelijkertijd aan een versie op oliebasis. „Ik begon mijn tests met bestaande op water gebaseerde kleefmiddelen, maar daar liep ik behoorlijk tegenaan”, vertelt ze. Het ene materiaal was wel plakkerig, maar giftig voor de plant. Een ander verloor na een paar uur zijn kleefkracht.
De doorbraak kwam toen de onderzoeker inspiratie zocht in de natuur. Ze vond die in de zonnedauw (Drosera), een vleesetende plant. Op haar bladeren glinsteren fijne haartjes met kleverige druppels. De suikerrijke vloeistof lokt in de natuur insecten, die bij aanraking vast blijven zitten en langzaam door de plant worden verteerd.
Die kleverige vloeistof wilde Arunachalam vertalen naar haar pesticide. In het lab probeerde ze die zo nauwkeurig mogelijk na te bootsen. „We zagen in pilotexperimenten dat insecten meerdere druppels nodig hebben om echt vast te komen zitten. Als maar één pootje vastzit, kunnen ze zich soms nog losworstelen.” Het materiaal moest zich dus bij het spuiten verdelen in veel kleine, dicht bij elkaar liggende druppels – vergelijkbaar met de haartjes van de plant.
Daarnaast moest het voldoende kleverig zijn om insecten vast te houden. De natuurlijke vloeistof dankt die eigenschap aan een lang molecuul – een polymeer. Het kostte Arunachalam veel tijd om een geschikt polymeer te vinden voor haar bio-geïnspireerde kleefstof. „Did it stick?” werd de centrale vraag tijdens de regelmatige vergaderingen met het hele team over de voortgang van het project.
In het eerste jaar van haar promotie beantwoordde Arunachalam die vraag door sesamzaadjes op het materiaal te leggen en te tellen hoeveel er bleven plakken. „Ik zat dus in die meetings en kwam dan met iets als: ‘Vijf sesamzaadjes bleven plakken.’ Dat voelde zó onprofessioneel.” Ze lacht. „Ik schaamde me soms echt. Ik dacht: wat ben ik eigenlijk aan het doen met mijn promotie?”
Later bouwden ze in het lab een eigen meetopstelling om de kleefkracht nauwkeuriger te meten. Een apparaat dat een kleine metalen bol in contact brengt met het materiaal en die vervolgens omhoog trekt. Hoe groter de kracht die nodig is om los te komen, hoe plakkeriger het materiaal. „Dan heb je in elk geval betere data dan met de sesamzaadjes”, merkt Arunachalam grijnzend op.
Uiteindelijk bleek hyaluronzuur, vooral bekend uit huidverzorgingsproducten, geschikt om het materiaal kleverig te maken. In combinatie met suikers en water leverde dat het gewenste product op: een biologisch afbreekbare en afwasbare spray die in kassen toegepast kan worden.
Ten eerste ontwikkelen insecten waarschijnlijk geen resistentie tegen het kleverige pesticide. In theorie zouden ze hun morfologie kunnen aanpassen, bijvoorbeeld sterkere poten ontwikkelen. Maar omdat de fysieke val niet in het lichaam ingrijpt, achten de onderzoekers die kans klein.
Bovendien hecht het middel zich aan het blad in plaats van eraf te rollen. Daardoor gaat bij de toepassing minder verloren. Het zou zelfs kunnen dienen als toevoeging aan chemische pesticiden, zodat die beter blijven zitten en het milieu minder belasten.
Toch kent het Arunachalams middel ook duidelijke zwakke punten. De achilleshiel is luchtvochtigheid. „Zodat het materiaal goed werkt, moet ik het in het begin een beetje nat maken. Dan spray ik het, en na één of twee dagen verliest het overtollig water en wordt het plakkerig”, licht Arunachalam toe. Bij hoge luchtvochtigheid blijft het nat – en dus niet kleverig. Dan vangt het geen insecten, maar voedt het ze juist met de suikers in het mengsel. Soms liep de behandelde plant zo zelfs meer schade op dan de controleplant.
De zonnedauw kan dat probleem in de natuur deels ondervangen doordat hij het vochtgehalte van zijn druppels zelf reguleert: bij droogte geeft de plant water af, bij hoge luchtvochtigheid neemt hij het juist op. Een spray kan dat niet. „We konden het systeem optimaliseren voor hoge luchtvochtigheid door organische zuren toe te voegen en te variëren in de lengte van het hyaluronzuur. Maar wat bij hoge luchtvochtigheid goed werkte, functioneerde minder bij droge lucht.” Eén universele oplossing blijkt lastig.
„Een ander praktisch probleem is dat boeren niet zitten te wachten op plakkerige planten”, zegt ze. Het oorspronkelijke doel was een materiaal ontwikkelen dat op microschaal kleverig is − voor insecten − maar minder voor mensen. Dat bleek niet haalbaar, vertelt Arunachalam.
Haar promotie is inmiddels afgerond, maar het project gaat verder. Haar team heeft onlangs patent aangevraagd op Arunachalams bio-geïnspireerde pesticide en zoekt financiering voor vervolgonderzoek. Voorlopig is het materiaal alleen in het lab getest, waar het ongeveer een week kleverig bleef. Grootschalige kasproeven ontbreken nog. Het is bijvoorbeeld nog niet onderzocht hoe stof de kleverigheid beïnvloedt en wat het middel doet met het bodemleven wanneer het in de bodem terechtkomt.
Verder is de effectiviteit nog niet direct vergeleken met die van chemische bestrijdingsmiddelen. Bewust, zegt ze. „Want eerlijk gezegd denk ik dat chemische pesticiden op dit moment, wat effectiviteit betreft, heel goed zijn – ze doden gewoon alles.” Arunachalam verwacht dan ook niet dat haar materiaal die middelen binnenkort zal vervangen. „Wij zien dit als een tussenstap. Je vermindert het gebruik van chemische pesticiden en bouwt van daaruit verder.”
Op de hoogte van kleine ontdekkingen, wilde theorieën, onverwachte inzichten en alles daar tussenin