Forskellige mikrober på sandkornets overflade forklarer, hvorfor sand spiller en stor rolle i havets kvælstofkredsløb. Da der udledes mere og mere kvælstof til verdenshavene, er det vigtigt at vide, hvordan mikroberne kan fjerne det. Det er også vigtigt at vide, hvor meget de kan fjerne, siger forskeren.
Kvælstofudledning fra landbruget er et kæmpe problem. Når der udledes meget kvælstof, vokser algerne hurtigt. Når de dør, bruger bakterier store mængder ilt på at nedbryde dem – og det kan føre til iltsvind.
Udledningen af kvælstof fører på den måde til iltsvind i alt fra søer til havområder.
Nu har forskere imidlertid identificeret, hvordan mikrobielt liv på overfladen af sandkorn i havbunden bidrager til at fjerne kvælstof fra verdenshavene.
Opdagelsen kan blive afgørende for at forudsige, hvordan havets liv reagerer på stigende forurening – og dermed for fisk på vores middagsbord, biodiversitet og sundheden i verdenshavene.
»I takt med at der flyder mere og mere kvælstof ud i verdenshavene, skaber det problemer i naturen, og hvis vi vil kvantificere problemets størrelse, skal vi ikke bare vide, hvor meget kvælstof der flyder ud i verdenshavene, men også hvordan og hvor meget der bliver fjernet igen,« forklarer en af forskerne bag studiet, ph.d. Soeren Ahmerkamp fra Leibniz Institute for Baltic Sea Research Warnemünde.
Forskningen, der er lavet i samarbejde med lektor Klaus Koren fra Aarhus Universitet, professor Lars Behrendt fra Danmarks Tekniske Universitet i Kongens Lyngby og ph.d. Farooq Jalaluddin fra Max Planck Institute for Marine Biology i Bremen, er offentliggjort i Scientific Reports.
Opdagelse løser gåde om liv i sandbunden
Det har længe været velkendt, at mikrober er i stand til at fjerne kvælstof fra vandmiljøer.
Det gør mikroberne gennem en proces, der hedder denitrificering, hvor de omdanner opløst kvælstof til kvælstofgas, der forsvinder op i atmosfæren.
Tidligere forskning har indikeret, at denitrificering finder sted i havets sandbund, hvilket har fået forskere til at klø sig i hovedbunden.
Denitrificering finder nemlig næsten udelukkende sted i iltfattige miljøer, og i havets sandbund er der ofte rigeligt med ilt.
Der må altså eksistere en eller anden mekanisme, som alligevel tillader denitrificering i sandbunden, og det er netop den mekanisme, som forskerne har identificeret.
Ny metode afslører skjult liv på sandkornets overflade
Forud for det omtalte studie havde forskerne udviklet en metode til at studere mikrober og deres forbrug af ilt under mikroskopiske forhold.
Metoden gør det muligt at studere iltomsætningen på overfladen af individuelle sandkorn, hvilket ikke har været muligt førhen.
Forskerne udviklede en metode, der både måler ilt og viser, hvordan mikroberne arbejder. De brugte mikrosensorer til at registrere ilt og et specialkamera til at følge ændringerne direkte på sandkornets overflade.
Forskerne har blandt andet benyttet metoden til at studere iltforholdene i omgivelserne omkring enkelte alger – og de kan nu også studere variationen i fordelingen af ilt og mikrobielt liv på overfladen af enkelte sandkorn.
»Det hele udspringer fra et ønske om bedre at kunne studere og forstå mikroskopiske miljøer. Her spiller tilstedeværelsen af ilt ofte en stor rolle,« forklarer Soeren Ahmerkamp.
Sandkorn rummer to verdener – med og uden ilt
Med metoden kunne forskerne i det nye studie vise, at der på overfladen af enkelte sandkorn er stor variation i tilgængeligheden af ilt og dermed også det mikrobielle liv.
På overfladen af sandkorn lever mellem 10.000 og 100.000 bakterier, men det er langt fra de samme bakterier alle sammen.
Fordi de enkelte bakterier forbruger den tilgængelige ilt i deres omgivelser, efterlader de omkring sig mikroskopiske iltfattige områder, for eksempel i fordybninger og revner i sandkornene.
I de små revner kan andre bakterier trives – blandt dem denitrificerende bakterier, som uden ilt optager opløst kvælstof og omdanner det til kvælstofgas.
Sandkorn står for en tredjedel af havets kvælstoffjernelse
Soeren Ahmerkamp fortæller, at forskernes beregninger viser, at denitrificerende bakterier på overfladen af sandkorn i havbunden står for omkring en tredjedel af denitrificeringen i havbunden.
Havbunden dækker et enormt areal, og store dele af den er dækket af sand. Derfor har de mikroskopiske processer på sandkornenes overflade stor betydning for hele klodens kvælstofomsætning.
Soeren Ahmerkamp forklarer, at omkring halvdelen af havbunden på lavt vand er dækket af sand. Netop her er livet i havet mest aktivt. Det er de mest biologisk aktive regioner i verdenshavene.
»Effekten af mikroberne på overfladen af sandkorn er en god ting. I nogle af vores tidligere studier har vi vist, at meste af kvælstoffjernelsen sker omkring kontinentalhylderne – og den proces, vi beskriver i dette studie, udgør omkring en tredjedel af det,« siger Soeren Ahmerkamp.
Han uddyber, at resultaterne af studiet kan bidrage til en større forståelse af hele det globale kvælstofkredsløb.
Blandt andet kan resultaterne benyttes i de matematiske modeller, der skal forudsige udviklingen i kvælstofbalancen i fremtiden.
»I takt med at der kommer mere kvælstof ud i verdenshavene, skal vi ikke bare vide, hvor det forsvinder hen. Vi skal også vide, om vi nærmer os et kritisk punkt, hvor havet mister sin evne til at rense sig selv – og vi risikerer varige skader på livet i havet,« siger Soeren Ahmerkamp.
