Mikroorganismer i marken tar upp näring, vatten och kol, ”andas ut” koldioxid och påverkas av en mängd miljöfaktorer och konkurrerande mikroorganismer. De här processerna fyller dagarna för Johannes Rousk, professor i markmikrobiologi vid Lunds universitet och Wallenberg Scholar.  

– Jag studerar hur mikrober driver markens biogeokemi, och i fältstudier simulerar min grupp klimatförändringar för att se hur de påverkar marksystemen.

Grundfrågan är hur organismernas tillväxt svarar på förändringar och hur det påverkar deras upptag och utsläpp av olika ämnen. Fältarbetet kan göras så nära som på en kommunal gräsplätt precis bakom institutionen, eller så långt borta som i Abisko, eller Costa Rica. Forskarna tar jordprover och mäter sammansättningen av mikroorganismer. Sedan bygger de tak över en liten yta så att det uppstår lokal torka, eller ingriper på andra sätt, till exempel med extra vatten, salt, eller uppvärmning.

– Nyligen simulerade vi i Abisko vad som skulle hända i arktiskt klimat under ett extremvarmt år, vilket matchade vad som samtidigt naturligt hände i Sibirien. Mikrobsamhället kan anpassa sig till lägre eller högre temperaturer och vi ville se hur snabbt det gick från kallanpassat till varmanpassat och tillbaka. För svampen tog det drygt ett halvår, för bakterierna mer än ett år. Markens kolutbyte med atmosfären påverkas alltså långt efter att extremvädret dragit förbi.

Att värma upp en markyta ändrar inte bara temperaturen. Mer värme betyder mer torka, men också att mer kväve frigörs. Då får mikroorganismerna mer näring. Dessutom ökar tillväxten hos växterna, som genom att få fler blad och mer rötter förändrar mikroorganismernas miljö. För att urskilja effekten av en enda faktor gör forskarna kontrollytor där de exempelvis låter temperaturen vara oförändrad men tillsätter extra kväve eller mer blad.

Matematiska funktioner beskriver anpassningar

Johannes Rousk undersöker inte en art i taget utan effekten av hela samhällen i sin naturliga jordmiljö tillsammans. Mikrobsamhällets biogeokemiska förmågor kopplas till den totala sammansättningen av mikroorganismer genom analyser av mängden genetiskt material kopplat till olika arter.

– Mätpunkterna fogas samman till en kurva som kan beskrivas med en matematisk funktion. När vi ändrar miljön ser vi kurvan anpassas, alltså hur mikrobsamhällets styrning av biogeokemin återkopplar till förändringen. Om vi ser samma förändring vid mätningar i flera olika markekosystem så kan vi räkna med att vi funnit något robust. Då beskriver funktionen hur marksamhällen svarar på till exempel uppvärmning, uttorkning eller ökad salthalt, säger Johannes Rousk.

”Markmikrobers förmåga att binda kol jämfört med att släppa ut kol verkar öka, i alla klimatförändringar som vi simulerar.”

En upptäckt hans grupp har gjort är att jordmikrobernas kolbindande förmåga verkar öka vid alla klimatförändringar han har studerat. Det var en överraskning, eftersom den tidigare hypotesen var att marken tvärtom skulle förlora kol genom att organismerna skulle öka sin respiration, alltså släppa ut mer koldioxid.

– Det gör de, men deras tillväxtökning är större.

Ett mål för arbetet är nu att finna biomarkörer som visar på varm- respektive kallanpassade marksamhällen. Det är ett omfattande arbete, men Johannes Rousk tror att det kommer att bli möjligt bland annat genom att koppla de matematiska funktionerna som beskriver biogeokemin till en detaljerad kartläggning av det genetiska materialet från prover som skiljer sig åt i andra avseenden än temperatur, som pH och näringsinnehåll. Då kan små skillnader visa sig som är typiska för de olika typerna av samhällen.

Roligt när det inte går som man tänkt

– Det absolut roligaste med forskning tycker jag är att den är så nyfikenhetsdriven. Man vet aldrig hur det kommer sluta – saker går snett rätt ofta i fält. Den där simuleringen i Abisko av Sibiriens extremsommarvärme skulle egentligen vara ett normalt uppvärmningsförsök, men vi hade för starka lampor. Sedan visade det sig precis matcha vädret i Sibirien just det året. Vi hade en fruktansvärd tur, det var en ”happy accident” som gjorde att vi dessutom fick chans att studera hur marksystemet återhämtade sig från den störningen.

Johannes Rousk tycker att det är som roligast när gruppen inte får de resultat de väntat och inser att de mätt på fel sätt eller inte studerat alla faktorer. Då börjar man tänka annorlunda, konstaterar han.

Det som från början ledde honom till markmikrobiologi var ett barndomsintresse för Marsresor. Johannes Rousk läste science fiction-romaner av Isaac Asimov och funderade över vad man skulle kunna, och behöva, ta med sig för att skapa en koloni på Mars.

– Jag är fortfarande intresserad av riktigt minimalistiska system. Just nu planerar jag att rekrytera en person som i labb ska få fokusera på förenklade system med färre arter. Hur ser tillväxtoptimeringen ut om det saknas konkurrens? Då kan organismerna göra andra val utan att missgynnas. Men gör de det, eller har evolutionen lärt dem att alltid välja likadant? Det blir väldigt intressant att se.

Text Lisa Kirsebom
Bild Åsa Wallin