Algernes skjulte kraftværk nærer flodens fødekæde

I det nordlige Californien flyder Eel River gennem et landskab, hvor natur og kultur har været sammenvævet i århundreder. I disse vande trives laksen – et dyr, der er både økologisk betydningsfuldt og kulturelt værdsat. Men under overfladen foregår en langt mindre synlig proces, som forskere nu har kortlagt med stor interesse.

Et nyt studie fra Northern Arizona University og University of California, Berkeley afslører en biologisk mekanisme i floden, hvor visse alger og bakterier indgår i en symbiose, der leverer kvælstof til økosystemet uden menneskelig indgriben. Denne opdagelse kaster nyt lys over algernes rolle som økosystemets ingeniører.

Det centrale element i dette mikroskopiske kredsløb er en diatomé – en encellet alge med silikatskal – ved navn Epithemia. Diatoméen, som er mindre end en knappenålsspids, lever i tæt samspil med bakterier, der er i stand til at fiksere kvælstof direkte fra atmosfæren. Disse bakterier bor indlejret i algecellen i særlige strukturer kaldet diazoplaster.

I modsætning til menneskeskabt gødning, som ofte fører til afstrømning og iltsvind, fungerer dette naturlige system som et lukket næringskredsløb. Epithemia-algen omdanner sollys og CO₂ til sukker gennem fotosyntese. Sukkeret deles med bakterien, som til gengæld leverer kvælstof tilbage til algen i en form, den kan bruge til at fortsætte sin fotosyntese.

Jane Marks, professor i biologi ved NAU og hovedforfatter på studiet, udtaler: “This is nature’s version of a clean nutrient pipeline, from sunlight to fish, without the runoff that creates harmful algal blooms.”

Ved sensommeren er grønalgen Cladophora, som udgør vækstsubstratet for Epithemia, dækket af et rødligt lag af disse diatoméer. Forskerne observerede, at op mod 90 % af det kvælstof, der tilføres flodens fødenet i denne periode, stammer fra netop denne symbiose mellem alger og bakterier.

Algerne i dette system fungerer ikke blot som producenter i den klassiske forstand. De skaber og vedligeholder en strukturel og kemisk infrastruktur, der muliggør kvælstoffiksering og dermed fødekædens opretholdelse. På den måde bliver de til nøglearbejdere i flodens biogeokemiske økonomi.

Mary Power, medforfatter og forsker ved UC Berkeleys Angelo Coast Range Reserve, understreger betydningen: “Healthy rivers don’t just happen — they’re maintained by ecological interactions, like this partnership.”

Forskerne brugte avanceret billeddannelse og isotopsporing for at visualisere næringsstofudvekslingen mellem algen og bakterien. Resultatet er en cyklus, hvor solenergi via fotosyntese bliver til kemisk energi, og kvælstof fra luften bliver tilgængeligt næringsemne i vandet. Det er et system, der både er effektivt og bæredygtigt.

“It’s like a handshake deal: Both sides benefit, and the entire river thrives,” siger Mike Zampini, postdoc ved NAU og ansvarlig for isotopsporing i projektet.

Selvom studiet er forankret i Eel River, er mekanismen ikke enestående. Diatomé-bakterie-symbioser som denne findes i mange vandmiljøer, herunder søer og oceaner, særligt i områder med lav tilgængelighed af kvælstof. Det betyder, at algernes skjulte arbejde muligvis spiller en rolle i mange økosystemer globalt.

Opdagelsen har ikke kun naturvidenskabelig betydning. Den kan også inspirere til fremtidige teknologier som naturlige gødningsformer, forbedrede biobrændstoffer og landbrugsafgrøder, der selv kan binde kvælstof og dermed reducere behovet for kemisk gødning.

Studiet, publiceret i Proceedings of the National Academy of Sciences, er støttet af National Science Foundation og udført i samarbejde med Lawrence Livermore National Laboratory og University of Alabama.

Kilde: ScienceDaily – Northern Arizona University