Nya metoder avslöjar cyanobakteriernas roll i Östersjön
Sommarens blomningar av cyanobakterier förknippas ofta med syrefria bottnar och ogästvänliga badvatten. Men cyanobakterierna bidrar också med livsnödvändigt kväve till Östersjöns invånare. Moderna metoder har nu gjort det möjligt att på individuell cellnivå avslöja vilket av de vanligast förekommande släktena som gör vad, och hur mycket.
När vissa arter av cyanobakterier blommar bildas stora ansamlingar på ytan, och vissa arter är potentiellt giftiga. De flesta som hör talas om cyanobakterier som blommar i Östersjön på sommaren föreställer sig tjocka giftiga mattor, som flyter längst med kusterna och förstör våra badvatten. Men cyanobakterierna är inte bara utmärkta badstrandsmarodörer - de är också en oersättlig del av Östersjöns ekosystem.
Ett härligt bad utan störande algblomningar är vad man längtar efter en vacker sommardag. Men blomningar av alger och cyanobakterier är viktiga för Östersjöns ekosystem.Foto: Per Bengtson/Grön idé
ALGBLOMNINGAR!
Algblomning betyder egentligen bara att någon av alla hundratals arter av växtplankton förekommer i stora mängder, och de största blomningarna sker under våren. Det som dock brukar skapa stora rubriker på kvällstidningarnas löpsedlar är cyanobakteriernas blomningar under sommaren.
Uråldriga och unika
Cyanobakterierna är nämligen ytterst unika varelser. De finns både på land och i vatten, och man har funnit spår av dem i upp till 3,5 miljarder år gamla bergarter. De uppfann fotosyntesen, alltså förmågan att bygga materia med hjälp av solenergi, och delade sedan med sig av kunskapen till växterna. Cyanobakterierna har funnits i Östersjön sen dess skapelse.
Några av cyanobakterierna har ytterligare en närmast unik förmåga: kvävefixering. Det innebär att de kan ta upp löst kväve ur luften eller i vattnet och bygga om dem till användbara näringsämnen som även andra växter och djur kan tillgodogöra sig.
I Östersjöns fall är betydelsen av cyanobakteriernas kvävefixerande förmåga tydligast under sommarmånaderna, då tillgången på kväve i ekosystemet är begränsad. Av allt kväve de fixerar släpps cirka 35 procent tillbaka i föreningar som omedelbart kan användas av andra organismer.
Tre arter dominerar
De vanligast förekommande släktena av cyanobakterier i Östersjön på sommaren är den potentiellt giftiga Nodularia, eller katthårsblom som den heter på svenska, samt de oftast giftfria Aphanizomenon och Dolichospermum, som på svenska heter olika varianter på vattenblom.
Nodularia är det cyanobakteriesläkte som oftast förknippas med ”giftiga algblomningar” i Östersjön, trots att de egentligen är bakterier. Foto: Malin Olofsson
Nodularia förekommer ofta i höga koncentrationer vid havsytan under sensommaren. Den är oftast inte giftig för vuxna människor, men hundar och små barn som dricker en större mängd av vatten med täta blomningar kan få magproblem med diarré och illamående.
Aphanizomenon är det släkte av cyanobakterier som totalt sett står för mest kvävefixering i Östersjön. Foto: Malin Olofsson
Aphanizomenon har en lång tillväxtsäsong och redan vid tio grader, när kvävekoncentrationen är låg efter vårblomningen, står den för en hög kvävefixering ända fram till hösten. Den har därför en stor betydelse för hela ekosystemet, inklusive högre näringsnivåer som fisk, då na inte behöver kisel, och de är näst intill unika med att kunna ta upp löst kvävgas som det finns gott om i vattnet, så därför har de stora fördelar i förhållande till andra organismer. Det som styr cyanobakteriernas tillväxt är framför allt tillgången på fosfor.
Försök med den potentiellt giftiga Nodularia har visat att när man tillsätter fosfat till annars oförändrat vatten från Östersjön ser man en kraftig tillväxt, även vid relativt låga koncentrationer. Den totala kvävefixeringen hämmas också när koncentrationen av fosfat är för låg. Det innebär att både tillväxten av Nodularia och dess kvävefixering stimuleras redan vid låga tillflöden fosfat under sommaren.
På Naturhistoriska riksmuseet i Stockholm sker undersökningar med SIMS, vilket tillför nya pusselbitar i förståelsen av cyanobakteriernas betydelse för Östersjön. Foto: Malin Olofsson
SECONDARY ION MASS SPECTROMETRY (SIMS)
Med hjälp av så kallad Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS), som tidigare mestadels använts av geologer och astrofysiker, har man mätt upptaget av kol och kväve på individuell cellnivå hos cyanobakterierna. Därmed kan man studera frågor som vilket av släktena som tar upp störst andel kväve under sommaren, och hur upptaget av kol (CO2) och kväve varierar mellan sommarmånaderna.
Fosfor styr kvävefixeringen
Förekomsten och tillväxten av havets alger och sjögräs styrs av tillgången på näring och ljus. Under våren dominerar en grupp mikroskopiska organismer som kallas kiselalger det öppna vattnet i Östersjön. De kräver framförallt oorganiska föreningar av kväve, fosfor och kisel för sin tillväxt, så när vårblomningen av kiselalger är över så är koncentrationen av oorganiska kväveföreningar mycket låg.
Det innebär att de kvävefixerande cyanobakterierna har en fördel gentemot övriga organismer. Eftersom cyanobakterierna inte behöver kisel, och de är näst intill unika med att kunna ta upp löst kvävgas som det finns gott om i vattnet, så har de stora fördelar i förhållande till andra organismer. Det som styr cyanobakteriernas tillväxt är framför allt tillgången på fosfor.
Försök med den potentiellt giftiga Nodularia har visat att när man tillsätter fosfat till annars oförändrat vatten från Östersjön ser man en kraftig tillväxt, även vid relativt låga koncentrationer. Den totala kvävefixeringen hämmas också när koncentrationen av fosfat är för låg. Det innebär att både tillväxten av Nodularia och dess kvävefixering stimuleras redan vid låga tillflöden fosfat under sommaren.
Svårstoppad kedjereaktion
I Östersjön finns fosfat bundet i bottensedimentet, på grund av höga utsläpp från land som skett under decennier. Även om tillförseln av fosfat på senare tid begränsats så finns det fortfarande kvar, och när sedimentet i perioder eller permanent blir syrefritt så sker en process där fosfat släpps ut och gynnar tillväxten av cyanobakterierna.
En sommar med stora blomningar av cyanobakterier leder till att en stor mängd biologiskt material måste brytas ned när det sjunker till botten. Processen kräver mycket syre, vilket leder till att bottenvattnet blir syrefattigt eller i värsta fall syrefritt - vilket i sin tur leder till att sedimentet släpper ifrån sig ännu mera fosfat. Detta är en kedjereaktion som är svår att styra över, då den accelererar av sig själv.
Det är därför viktigt att nå rätt balans mellan näringsämnen från land som styr primär- och sekundärproduktionen, inklusive fisket, och sedimentationen av alger och dött material som förorsakar syrebrist och ökat flöde av fosfat från havsbotten.