Bakterier spiser klimagass

Biologer har funnet en spesiell bakterie på Svalbards våtmarker. Den spiser den verste klimagassen av dem alle: metan.

Publisert
Slik ser methylobaket thundripaludum ut. (Foto: Mette Svenning)
Slik ser methylobaket thundripaludum ut. (Foto: Mette Svenning)

Bakterien Methylobakter tundripaludum lever i topplaget i Svalbards våtmarksjord. Den filtrerer metangassen som dannes i jord, og som frigjøres fra permafrosten når den smelter.

– En bakterie er en enkel, encellet organisme, men den er også en liten fabrikk. Denne bakterien bruker metan til å bygge nytt cellemateriale og til å få energi. Resten blir til CO2, forteller biologiprofessor Mette Svenning.

Områder med permafrost er et lager av organisk karbon – 50 prosent av landjordas karbon er lagret her, på bare 20 prosent av jordas landareal.

– Fordi permafrosten har lav temperatur og sesongen med aktivitet i bakteriefloraen er kort, går omsetninga av planter og dyr meget langsomt.

– Det vil si at organisk materiale, som døde planter, sakte brytes ned via anaerobe bakterieprosesser. Dette er kilden til metanoproduksjon, forteller Svenning.

Hvis klimaet blir varmere og permafrosten tiner, vil denne prosessen bli forsterket og karbonet vil frigjøres i form av metangass (CH4), som er en klimagass som er 20 ganger mer potent enn CO2.

Tilpasset arktiske forhold

Bakterier som lever av metan finnes også på søppelfyllinger, i rismarker og i
jordsmonn. Men Methylobakter tundripaludum ser ut til å være spesielt tilpasset arktiske forhold. De er også funnet enkelte steder i Sibir og Alaska.

– Noen kan hevde at Svalbard ikke er representativ for arktiske miljøforhold, fordi det er ei isolert øygruppe. At disse bakteriene også fi nnes andre plasser i Arktis, viser at det som skjer på Svalbard kan gi oss anledning til å trekke slutninger om mye større områder.

Nå analyseres Methylobakter tundripaludum ved Joint Genome Institute i USA for å kartlegge hvilke gener den har. Slik kan den sammenlignes med andre bakterier og man vil få mer informasjon om den arktiske organismen.

– Dette kan bidra til å identifisere funksjoner som vi ikke er klar over. Vi vet at den har en funksjon i naturen og at den er meget aktiv i økosystemet sitt.

– Men den tilhører et økosystem som vi i utgangspunktet ikke vet så mye om, så genkartlegging kan avsløre noen hemmeligheter for oss, sier Svenning.

– Kan disse bakteriene bidra til å senke metanutslipp i tilfelle global oppvarming?

– Bakterien lever under ekstreme betingelser, og tåler tøffe miljøforandringer. For eksempel har bakterien sin optimale temperatur på 23°C. Det vil si at den vokser best og er mest aktiv mellom 20 og 30 grader. Men den vokser også selv om temperaturen går ned mot 0 grader.

– Blir det varmere, så tiner permafrosten og metanproduksjonen vil øke betraktelig. Man kan spekulere i om forbruket av metan også vil øke hvis disse bakteriene blir mer aktive på grunn høyere temperatur.

– På den andre siden: Hvis oppvarminga tiner permafrosten og nedbørsmengden øker, kan det et bli et høyere vannivå på våtmarkene. Leveforholdene blir mye dårligere for disse bakteriene fordi de krever luft , de er aerobe.

– Drukner de, får man anaerobe forhold hvor de ikke kan utføre sin funksjon. Mer metan vil da slippes ut i atmosfæren, sier Svenning.

Kartlegger mikrobielle samfunn

Det er ikke lett å forstå alle sammenhenger i kompliserte økosystem, særlig når man ikke engang har oversikten over de minste organismenes rolle i dem.

Det er mange mikroorganismer som er uoppdaget, eller som man ikke vet funksjonen til.

– Vi har en «bank» med bakterier som vi vet fi nnes i jordsmonnet i Svalbards våtmarker.

– For tiden undersøker vi hele det mikrobielle samfunnet som lever i disse våtmarkene med sikte på å bedre forstå omsetningen av organisk karbon og metanproduksjonen i arktisk klima, forteller Svenning.

Den metanspisende bakterien finnes i topplaget på arktisk jordsmonn. (Foto: Mette Svenning)
Den metanspisende bakterien finnes i topplaget på arktisk jordsmonn. (Foto: Mette Svenning)

Med på laget har hun stipendiat Alexander Tveit, som har et omfattende kartleggingsarbeid foran seg. For å få dette til, bruker de en avansert metode kalt pyrosekvensering.

– Denne metoden gjør at man kan se på funksjonene til hele det biologiske samfunnet, i motsetning til eksperimentering på enkeltbakterier, som har vært en vanlig metode til inntil nylig.

– Dette er en raskere måte å kartlegge ukjente bakteriers aktivitet på. I tillegg kan man beskrive hvilke typer organismer som er i jorda, forteller Alexander Tveit.

Kompliserte analyser gir klimasvar

– Vi tar prøver fra flere våtmarker på Svalbard, og på hver våtmark har vi flere prøvepunkter. Prøvene fra disse punktene blandes sammen slik at man får et representativt utvalg av bakterier for den enkelte våtmark.

– Det er de øverste 30-40 centimeter av jordlaget som er interessante for oss, forteller Svenning.

Forskere blander sammen jord og ulike kjemikalier som man sentrifugerer og behandler i flere steg, og til slutt skilles DNA ut. Hvis man analyserer dette DNA-et kan man blant annet se hvor mye det er av de ulike aktive bakterietypene i jorda.

– Dette analyseres opp mot databaser i hele verden, hvor disse genene kan sammenlignes. Omtrent halvparten av alle sekvensene treffer noe i databasen. De som treff er kan man si koder for en spesifikk funksjon, som å bryte ned metan, sier Tveit.

Man kan ikke si så mye om enkeltbakteriene, men man kan blant annet si omtrent hvor mange bakterier som har denne funksjonen i dette jordsmonnet.

– Vi tar sikte på å kartlegge så mye som mulig, men mye vil fortsatt være ukjent for oss. Et par hundre tusen av disse sekvensene får vi ikke gode nok treff på uansett. Jord er særlig vanskelig å jobbe med da det er mange biologiske og kjemiske prosesser som foregår der, avslutter Tveit.