Den globale opvarmning er ét af nutidens mest presserende problemer. Nye beregninger forudsiger, at temperaturen, som har været støt stigende siden den industrielle revolution, vil være mindst 4 grader højere inden år 2100.
Én af årsagerne til den globale opvarmning er drivhusgasforureningen - især CO2 - som fanger sollyset og dermed øger temperaturen.
CO2 er én af de klimagasser i atmosfæren, som bidrager til drivhuseffekten, altså, opvarmingen af Jordens overflade.
Andre drivhusgasser som metan spiller også en stor rolle i processen. Selvom der er mindre metan end CO2, er det atmosfæriske niveau af metan steget med 150 procent siden industrialiseringen.
Og der bliver endnu mere af denne gas, i takt med at isbræerne, gletsjerne, smelter og trækker sig tilbage.
Metan dannes under gletsjerne
Der hersker hårde vilkår for de organismer, som lever under isbræerne, der dækker 10 procent af Jordens landområder. Der er totalt mangel på oxygen og lys, og der er meget få tilgængelige næringsstoffer.
Men der findes enkle stoffer som ethansyre, CO2 og hydrogen, der er resultatet af forvitring (nedbrydning, red.) af sten og enkle fermenteringsprocesser (nedbrydning af organisk materiale, red.), og det er stoffer, som visse mikrober kan bruge til at producere metan.
\ Læs mere
Metan er en farve- og lugtfri gas, som bliver produceret af en gruppe mikrober, der kaldes metanogener. Det er mikrober, som lever i miljøer, hvor der ikke er oxygen til stede.
Sådan dannes metan
Metan kan dannes på to forskellige måder:
- Ved at spalte ethansyre til CO2 og metan
- Ved at koble CO2 og hydrogen til metan og vand
Begge disse processer foregår under isbræen.
Når isbræen trækker sig tilbage, bliver metangassen udledt i atmosfæren, men den fungerer også som næring for en anden type mikrober, nemlig metan-oxiderende bakterier, der kan omdanne metan til CO2 og vand.
I modsætning til de metanogene mikrober kræver de metan-oxiderende bakterier, at der er oxygen til stede i jorden.
Metanogene mikrober omfatter Jordens ældste livsformer
I gruppen af metanogene mikrober finder man nogle ganske særlige bakterier. Det er de såkaldte arke-bakterier (Archaea), der er én af klodens ældste livsformer.
Forskerne antager, at de var til stede på Jorden, da liv begyndte at udvikles under en helt oxygen-fri atmosfære.
De metan-oxiderende bakterier tilhører en gruppe, som kaldes Proteobakterier og Verrucomicrobia.
Styggedalsbræen som laboratorium
I forbindelse med mit ph.d.-projekt granskede jeg mikrobernes reaktion på de højere temperatur og større metankoncentrationer i området foran Styggedalsbræen.
Styggedalsbræen er en lille gletsjer beliggende i den vestlige del af Jotunheimen, der, på linje med mange andre gletsjere, er svundet ind.
Bræfronten har på trukket sig drastisk tilbage efter den lille istid, som er betegnelsen for den globale, kolde periode, præget af et køligere og mere ekstremt klima, som sluttede omkring 1750 i Skandinavien.
Området foran Styggedalsbræen er derfor nydannet jordbund, der ikke tidligere har været eksponeret for atmosfæriske forhold.
Første studie under norsk gletsjer
Styggedalsbræen er et ideelt område at studere effekterne af de stigende temperaturer og større mængder drivhusgasser, og fordi isen har trukket sig tilbage, er det lettere at komme til området i løbet af sommeren.
Samtidig giver det mulighed for at koble effekten på det mikrobielle samfund over en lang tidsskala baseret på datering af moræner (jord, ler, grus og sand, red.).
For at gennemføre studierne blev der indsamlet prøver samt placeret plastikbeholdere ved otte forskellige lokationer fra isbræens front for at måle variationer i metankoncentrationerne, de såkaldte gasfluxe.
Det er første gang, at et studie af denne type bliver udført nær en norsk isbræ.
Mikrober reagerer på stigende temperaturer
Resultaterne fra vores studier viste, at mikrobesammensætningen (mikrobesamfundene) varierede mellem de forskellige prøvelokationer.
I områderne tæt på isbræen, hvor jorden nærmest kan karakteriseres som silt og klippe, og hvor der ikke var synlig vegetation, målte vi en lav koncentration af næringsstoffer og påviste såkaldte klippespisende mikrober (Beta Proteobakterier).
Dette var dog i og for sig ikke overraskende, da nogle af disse mikrober er godt tilpassede til at leve og vokse under ekstreme forhold med meget få tilgængelige næringsstoffer.
Mange af disse mikrober karakteriseres altså som klippe-spisende. De kan transformere uorganiske forbindelser ved at binde CO2 og derved lave organiske forbindelser, som mange andre organismer kan bruge.
Vi kalder ofte sådanne organismer de primære producenter, og disse første organismer danner dét, vi kan kalde et pionersamfund.
Dette samfund udvikler sig videre gennem en række ændringer, og ender med at være et modent, stabilt og sammensat klimasamfund. Det skyldes, at organismerne ændrer miljøet og danner grundlaget for den næste ændring.
Ældre jordprøver var mere komplekse
De ældre jordprøver indsamlet længere fra gletscheren var mere komplekse. Her kunne vi se en tæt vegetation, og jordtypen var mere organisk med en karakteristisk brun farve.
I disse prøver var der færre klippespisende Beta Proteobacteria og flere mikrober, som kan leve af at nedbryde det organiske materiale i jorden. Det resulterede i en mere jævnt fordelt diversitet af mikrober.
Inkubationsforsøgene med plastkamre langs denne tidsgradient viste, at effekten af stigningen i jordtemperaturen ændrede sammensætningen af det mikrobielle samfund markant i løbet af blot én uge. Det kunne vi især måle i de yngste jordprøver.
I disse prøver fandt vi en hurtig reduktion af Beta Proteobacteria.
Samtidig steg andre grupper i antal, som eksempelvis de metan-oxiderende mikrober (Alpha Proteobakterier og Gamma Proteobakterier), og blev dominerende.
De metan-oxiderende mikrober lader altså til at være bedre rustede til at modstå højere temperaturer og klimaændringer.
Vigtigt at forstå effekten af fremtidig metanstigning
Højere temperaturer ændrer med andre ord det mikrobielle samfunds sammensætning.
Højere temperaturer bliver ofte observeret i sammenhæng med stigninger i drivhusgasser som metan og CO2.
De metan-oxiderende mikrober spiller dermed en vigtig rolle i at dæmpe den globale opvarmning og mindske de atmosfæriske metan-emissioner.
De atmosfæriske metankoncentrationer er steget i løbet af de seneste år, og det er derfor vigtigt at forstå, hvilken effekt den fremtidige metanstigning vil få på de metan-oxiderende mikrober.
Vi ønskede derfor også at undesøge, hvilken effekt større koncentrationer af metan ville have på aktiviteten og sammensætningen af de metan-oxiderende bakterier.
Mest metan længst væk fra gletsjeren
Vores resultater viste, at den relative mængde af metan-oxiderende bakterier (Alpha Proteobakterier og Gamma Proteobakterier) steg, desto længere væk fra isbræen vi kom.
Resultatet stemmer godt overens med med mængden af metan, der blev nedbrudt (oxideret).
Områderne tættest på isbræen viste det laveste metanforbrug, mens prøverne længst fra isbræfronten viste det højeste metanforbrug.
Vi observerede også, at metanforbruget steg i løbet af den snefri periode, og at det højeste metanforbrug var i september.
Genetiske analyser af arvematerialet fra de metan-oxiderende bakterier viste, at der ialt kun var 12 forskellige metan-oxiderende bakterier i området foran Styggedalsbræen.
Tilsammen udgjorde disse mere end 80 procent af den totale mængde metan-oxiderende bakterier.
Den laveste diversitet af metan-oxiderende bakterier blev fundet i nærheden af isbræen, og den højeste mangfoldighed blev fundet længere væk fra isbræen.
Metan-oxiderende bakterier er 'stedsspecifikke'
Det er interessant, at metan-oxiderende bakterier kan siges at være stedsspecifikke. De metan-oxiderende bakterier, der var til stede nærmest isbræen, blev ikke fundet i området længst væk fra isbræen.
Ingen af de samme metan-oxiderende bakterier blev fundet langs hele tidsgradienten. Det betyder, at det er forskellige metanoxiderende bakterier, der er ansvarlige for at fjerne metan fra jorden og dæmpe udslip til atmosfæren.
Vi observerede også, at når vi øgede den atmosfæriske diversitet, resulterede det i et fald i diversiteten af de metan-oxiderende bakterier, men en stigning i antallet af dem, der var tilstede.
Dette studie bidrager til at forbedre vores viden om effekterne af højere temperaturer og stigende koncentrationer af metan på de mikrober, der lever i disse økosystemer.
Først når vi ved mere om, hvordan disse organismer reagerer på menneskeskabte effekter, kan vi forstå, hvilke konsekvenser det har i de store, globale sammenhænge.
©forskning.no. Oversat af Stephanie Lammers-Clark
