Mikroskopiska organismer storspelare i kislets kretslopp

Olika ämnens kretslopp på jorden är tätt länkade till varandra. När forskare nu kartlägger kislets kretslopp genom tiderna är det också en historia om koldioxid, klimatförändringar – och om pyttesmå havsorganismer med ett jättestort inflytande.

Projektanslag 2018

Constraining past variations in the global biogeochemical silica cycle

Huvudsökande:
Daniel Conley, Professor i biogeokemi

Medsökande:
Linnéuniversitetet
Hanna Farnelid
Daniel Lundin
Jarone Pinhassi

Lärosäte:
Lunds universitet

Beviljat anslag:
34,2 miljoner kronor under fem år

Kisel är ett av de vanligaste grundämnena på planeten. Genom vittring av jordskorpan hamnar ämnet i havet där det tas upp av bland annat kiselalger, encelliga organismer med kiselrikt skal. De är så små att de är osynliga för blotta ögat, men deras betydelse kan knappast överskattas. Bland annat står de för 40 procent av all lagring av kol i haven. Liksom andra alger och växter tar de upp koldioxid genom fotosyntesen, och när de dör sjunker de till botten så att kolet binds i bottensedimenten.

– Kiselalgerna tar upp mer koldioxid från atmosfären än vad världens alla regnskogar gör. Dessutom producerar de tjugo procent av allt syre i atmosfären och utgör grunden för världens fiskeindustri. Algerna äts av djurplankton, som äts av små fiskar, som äts av större fiskar, säger Daniel Conley, professor i geologi vid Lunds universitet.

Han leder ett projekt med stöd av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse som samlar forskare från Lund och Linnéuniversitetet i Kalmar. Tillsammans ska de kartlägga hur kislets kretslopp har förändrats genom årmiljonerna, bland annat genom kiselalgernas existens.

Ny hypotes byggd på kisellagrings-gen

Fram till för bara några år sedan var den dominerande uppfattningen att haven var mycket kiselrika fram till för omkring 30 miljoner år sedan. Då ska kiselalgerna på kort tid ha blivit betydligt vanligare, och tagit bort mycket av kislet i havet. Men på senare tid har forskning i såväl Lund som på andra ställen visat en mer komplicerad bild. Med modern teknik har man funnit en gen som ger organismer förmåga att ta upp och lagra kisel – och den har hittats hos en mängd arter, som existerat under mer än en och en halv miljard år. Cyanobakterierna är ett exempel.

– Att cyanobakterier tar upp kisel var en verklig uppenbarelse. Vi har bara vetat det i några år, och när resultaten först kom var det knappt någon som kunde tro det. Ingen hade upptäckt det tidigare eftersom de tar upp mycket små mängder, men med tanke på hur otroligt dominerande cyanobakterierna varit i haven så spelar de naturligtvis ändå roll för kislets kretslopp, säger Daniel Conley.

Insikten om cyanobakterierna bidrog till att Daniel Conley och hans kollegor formulerade en ny hypotes. De menar att levande organismer kan ha påverkat jordens kisel betydligt längre än tidigare känt, och de vill kartlägga hur länge.

Svårt att hitta tillräckligt gamla fossil

Projektet har två huvuddelar. Genom att leta upp lämpliga fossiler ska forskarna försöka slå fast hur länge kiselalger och andra kisellagrande organismer funnits på jorden. Dessutom ska de studera en viss komponent i fossilerna, så kallade spikler. Spikler finns i svampdjur och är nålliknande strukturer som bland annat kan bestå av kisel. Genom att analysera fossilerade spikler i masspektrometer kan forskarna räkna ut hur mycket kisel som funnits löst i havet under olika perioder. Kiselalgerna är för små för att analysera på samma sätt, medan spiklerna är mer välbevarade och betydligt större.

Större i relativ bemärkelse, förstås. När forskarna har rengjort och löst upp fossilerna med hjälp av olika kemikalier måste de fånga upp spiklerna med extremt tunna penslar. Efter analyserna följer sedan komplexa beräkningar där levande organismers påverkan på kislet vägs samman med helt andra, icke-biologiska faktorer. Hit hör kontinenternas rörelser, ändrade havsströmmar och utbrott i supervulkaner.

– Att hitta lämpliga fossil är en stor utmaning. Genetiska beräkningar visar att kiselalger kan ha funnits redan för 240 miljoner år sedan. Men tryck och hög temperatur kan få kisel att omkristalliseras så att fossil går förlorade, och dagens äldsta bevarade fossil är bara 115 miljoner år gamla. Det fanns två kända kiselalger i ett 180 miljoner år gammalt fossil upphittat i Tyskland 1896 – men det förstördes i en brand. Vi hoppas kunna hitta fler exemplar i samma bergformation, säger Daniel Conley.

Att kiselalgerna spelar stor roll för klimatet råder det ingen tvekan om, men hur de själva påverkas är inte lika självklart. Algerna verkar tåla de flesta tänkbara temperaturer och trivs i alla hav. Bäst mår de dock vid stor omblandning av havsvattnet, när näringsämnen rörs upp i vattenmassorna. Omblandningen kan minska om världshavens temperatur förändras.

– Det finns de som spekulerar i att man skulle kunna ”gödsla” världshaven med järn för att öka produktionen av kiselalger, men de flesta är tveksamma till om det fungerar. Vad vi vet är att kiselalgerna har en enorm påverkan på dagens hav. I det här projektet vill vi ta reda på hur haven var under perioder då algerna inte var lika många. Spelade det roll? Eller fanns andra organismer som gjorde samma sak i samma utsträckning? Det hoppas vi snart kunna säga mer om, säger Daniel Conley.

Text Lisa Kirsebom
Bild Magnus Bergström

 

Läs mer om Daniel Conley's forskning