Havbakterier er klimaets joker

Det er lykkedes danske forskere at lave målinger af ilt på grænsen til det umulige i en af verdenshavenes enorme iltsvindszoner.

Resultatet giver ny viden om det globale kvælstofkredsløb og dermed vores klima.

»Arbejdet har åbnet et vindue til en verden, som tidligere ikke har kunne erkendes og dermed studeres,« siger Jens Würgler Hansen, der er biolog og seniorrådgiver ved Institut for Bioscience ved Aarhus Universitet. Han har ikke deltaget i det nye studie, men sammenskriver de nationale iltsvindsrapporter og rådgiver miljøministeriet om iltsvind.

Men for at forstå resultatet af den nye forskning, skal vi dykke op imod en halv kilometer ned under Stillehavets overflade ud for den sydamerikanske kyst. Her studerer forskere fra hele verden store iltsvindszoner og deres betydning for liv og klima.

Blandt andet har forskere fundet ud af, at bakterier i iltsvindszonerne spiller en altafgørende rolle for, hvor meget af drivhusgassen CO2 havet er i stand til at optage fra atmosfæren.

»Bakterierne bestemmer, om de her massive vandområder afgiver kvælstof til atmosfæren eller beholder det i vandet på en form, der er tilgængelig for alger. Dermed bestemmer de også, hvor meget CO₂ de alger, der lever omkring iltsvindszonerne, kan optage,« fortæller hovedforfatteren bag det nye studie, Bo Thamdrup, der er professor ved Biologisk Institut ved Syddansk Universitet (SDU).

»Samtidig ved vi, at klimaforandringerne får iltsvindszonerne til at blive større. Derfor er det vigtigt at kende til de underliggende mekanismer for at kunne modellere, hvilken indflydelse bakterierne og iltsvindszonerne har på fremtidens klima. Dem har vi nu belyst,« fortsætter han.

Studiet er for nylig offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift PNAS.

Kollega: Imponerende arbejde

Ifølge Jens Würgler Hansen er det nye forskningsarbejde imponerende og kommer med helt ny viden omkring de processer, der på globalt plan har indflydelse på kvælstofkredsløbet.

»Arbejdet er imponerede, ikke mindst fordi det beskriver bakterielle processer på grænsen af det, som er teknisk muligt at måle. Beskrivelsen af processerne ved ekstremt lave iltkoncentrationer kan forklare tidligere 'uforklarede' observationer, som nu har fået et biokemisk ophæng,« siger Jens Würgler Hansen.

Ifølge seniorrådgiveren er fundet særdeles relevant, da det omhandler store vandmasser, hvor kvælstof er et begrænsende næringsstof for produktiviteten i systemet.

»Den nye viden har stor betydning for forståelsen af de bakterielle interaktioner og ilts regulering af henholdsvis aerobe og anaerobe processer,« siger Jens Würgler Hansen.

Bakterier hjælper havet med at optage CO2 fra atmosfæren

Når ilt forsvinder fra verdenshavene, bliver balancen mellem forskellige typer bakterier forskudt.

Hvis ilt forsvinder helt, får specifikke bakterietyper overtaget, og disse bakterier omdanner havets kvælstofnæring til gas, der sendes op i atmosfæren.

Iltkrævende bakterier bidrager derimod til, at kvælstof kan blive nede i vandet, hvor det er tilgængeligt som næringsstof for eksempelvis alger.

På den måde har iltindholdet en betydning for bakteriesammensætningen, som har indflydelse på havets kvælstofindhold, som igen har indflydelse på mængden af alger.

Hvis algerne forsvinder, eller der bliver færre af dem, kan havet ikke i samme omfang optage CO₂ fra atmosfæren. Det er nemlig alger, der står for denne proces.

»Derfor er det vigtigt at vide, hvilke iltniveauer der skifter balancen mellem de forskellige grupper bakterier. Hvor lidt ilt skal der til, før havet går fra at optage CO₂ og beholde kvælstoffet, til det optager mindre CO₂ og sender kvælstoffet op i atmosfæren? Det er det, som vi har fundet ud af,« siger Bo Thamdrup.

Iltsvindszoner vokser

Et muligt problem omkring iltsvindszonerne er, at de vokser.

Iltsvindszonen ud for Syd- og Mellemamerikas vestkyst har eksisteret i 10.000 år, men på det seneste er den vokset. Ifølge Bo Thamdrup er det muligvis sket på grund af klimaforandringerne.

Modelberegninger forudsiger desuden, at den i fremtiden vil vokse endnu mere i takt med, at den globale opvarmning tager til.

Når iltsvindszonerne vokser, kan de potentielt afgive endnu mere kvælstof til atmosfæren, og det kan skabe en selvforstærkende effekt, hvor havet optager endnu mindre CO₂, og det kan forstærke klimaeffekten og den globale opvarmning.

»Størrelsen af de her effekter kender vi ikke, og vi kan ikke modellere dem uden at kende til bakteriernes indbyrdes balance. Derfor har bakterierne manglet i de modeller, som skal beregne på iltsvindszonernes dynamik og indflydelse i fremtiden,« siger Bo Thamdrup.

»En tredjedel af havets fjernelse af næringsstoffer foregår for tiden i iltsvindszonerne, men vi ved ikke, om det tal kommer til at blive dobbelt så højt, hvis iltsvindszonerne bliver dobbelt så store. Derfor er det vigtigt at få kortlagt,« fortsætter han.

Går ud over fiskeri - og mennesker

Bakteriernes balance i iltsvindszonerne og vilkårene for algerne er ikke kun interessant i et klimaøjemed.

For de fisk, som lever i iltsvindszonerne, er det heller ikke ligegyldigt, hvilke bakterier der dominerer i dybet.

Bliver bakteriesammensætningen et problem for fisk, bliver den også et problem for mennesker.

»Det her iltsvind sker på mellem 50 og 400 meters dybde i havet ud for Sydamerika. Havet over iltsvindszonen er et af de mest rige på fisk i hele verden, og det kan i sidste ende gå ud over fiskerigdommen og fiskeriet, hvis der er færre alger for først vandlopper og derefter fisk at spise. Det kan have en negativ indflydelse på hele økosystemet,« forklarer Bo Thamdrup.

Hentede bakterier op fra Stillehavet

I det nye forskningsprojekt ønskede Bo Thamdrup og hans kolleger at finde ud af, ved præcis hvor lidt ilt bakterierne gik fra at beholde kvælstoffet i havet til at sende det ud i atmosfæren – og altså også ved hvor lidt ilt bakterierne fik en indflydelse på iltsvindszonernes evne til at optage CO₂ og mængden af alger.

På en ekspedition til Stillehavet udtog de derfor vandprøver fra 50 meters dybe og undersøgte dem i laboratoriet.

Blandt andet undersøgte de tilstedeværelsen af forskellige bakterietyper samt målte iltindholdet med et uhyre præcis og specialdesignet instrument.

»Vi har kigget på de her to typer bakterier for at finde ud af, hvor grænsen går, til at den ene eller den anden har overtaget. Der er uhyre lidt ilt i vandet, men der er et 'tipping point', hvor den ene eller den anden har overtaget. Dette tipping point ville vi gerne finde,« forklarer Bo Thamdrup.

Bakterier kan klare sig med ekstremt lidt ilt

Forskergruppens undersøgelser viser, at først ved én titusindedel af iltindholdet ved havets overflade får de bakterier, som sender kvælstof op i atmosfæren, overtaget.

»Her går grænsen for, om systemet er et næringsstofbevarende system eller et næringsstofforbrugende system. Det er meget lave koncentrationer, men selv her har de næringsstofbevarende bakterier altså overtaget over de bakterier, som forbruger næringsstofferne,« siger Bo Thamdrup.

Fundet betyder, at når iltsvindszonerne vokser i fremtiden, skal iltindholdet i zonerne ekstremt langt ned, før det kommer til at få en indflydelse på havets evne til at optage CO₂.

»Det er altså ikke nok, at der bare er lidt ilt i vandet. Det vil ikke øge næringsstoffjernelsen. Vil vi gerne have, at havet skal optage CO₂ fra atmosfæren, skal vi altså ikke bekymre os om, hvorvidt iltsvindszonerne vokser eller ej. Det eneste, der tæller, er, om ilten forsvinder helt eller ej,« siger Bo Thamdrup.