Supertilpassede alger kan fremskynde afsmeltningen af indlandsisen

Det er maj. Solen er oppe, og dens varme kan endelig mærkes som en lun, prikkende fornemmelse på huden.

Sneen begynder at smelte. Blomster og planter bryder gennem isen og gisper efter lys. Og algerne, der lever på indlandsisen, blomstrer og farver isen mørk.

Sådan er foråret i Grønland forløbet i tusinder af år.

Men det kan snart ændre sig. Foråret kommer nemlig tidligere og tidligere på grund af klimaforandringerne, og det gør det muligt for algerne at kolonisere større og større områder af isen.

Algerne på isen indeholder brunt pigment, som farver isen mørk. Den mørke farve får isen til at smelte hurtigere, da dens evne til at reflektere solen forringes.

Problemet har været kendt af polarforskere i et stykke tid. Men indtil nu har de troet, at algerne havde begrænsede muligheder for at kolonisere isen på grund af manglen på næringsstoffer.

Nye resultater, der er offentliggjort i Nature Communications, viser, at algerne er i stand til at leve af meget få næringsstoffer – og at de er i stand til at lagre og opspare energi. Det gør det muligt for algerne at kolonisere en større del af indlandsisen, end man tidligere troede.

Laura Halbach, som for nylig fik sin ph.d.-grad fra Institut for Miljøvidenskab ved Aarhus Universitet, står sammen med sit forskerteam bag opdagelsen. Nu er hun postdoc ved Max Planck Instituttet i Bremen og fortsætter med at optrevle mysterierne i de arktiske økosystemer.

- Mit hovedmål med ekspeditionen til Grønland var at forstå mekanismerne bag algernes blomstring. Med nye metoder var jeg i stand til, som den første forsker nogensinde, at måle aktiviteten af enkelte algeceller på den grønlandske indlandsis. Og det var sådan, vi opdagede deres evne til at leve af meget få næringsstoffer og til at lagre energi, siger hun.

Livet for en alge på isen

Isalger er små, encellede organismer. Langstrakte, brunlige og ellipseformede. De trives på is over hele verden, og er blevet fundet på den grønlandske indlandsis, i Alperne samt på gletsjere i Himalaya og Alaska. Ligesom planter frigiver isalger ilt gennem fotosyntese og producerer organiske molekyler. De har brug for sollys, vand og CO2 samt små mængder fosfor, kvælstof og kulstof for at overleve. I løbet af foråret og sommeren blomstrer isalgerne og skaber store områder med mørkfarvet is.

Indlandsisen vrimler med liv

For få år siden blev den grønlandske indlandsis betragtet som en forladt, frossen ørken. Øde og næsten uden liv. Men siden de første forskere fra Aarhus Universitet og GFZ Helmholtz Center for Geosciences ankom i 2020, har dette gradvist ændret sig.

Nu ved vi, at isen vrimler med mikrobielt liv.

Ekspedition efter ekspedition har afsløret mere og mere om isalgernes hemmelige liv. Et stort gennembrud var opdagelsen af, at algerne ikke er alene. Et helt økosystem af mikroorganismer lever på isen: Bakterier, svampe og endda virus.

Men de mange andre organismer har gjort det svært at lave specifikke undersøgelser af algerne. Når forskere skraber prøver af sortfarvet is af, fyldes petriskålene med hele økosystemer. Indtil nu har forskerne kun været i stand til at manipulere og teste hypoteser på alle mikroorganismerne på én gang. 

Og det var det, Laura Halbach satte sig for at ændre.

- Hvis man smelter et stykke af overfladeisen, vil man i mikroskopet se disse mørke pigmenterede alger. Men de er ikke de eneste organismer i prøven. Både sne-alger, andre eukaryote alger, bakterier og svampe flyder rundt deri.

- Indtil nu har forskere inkuberet hele økosystemet. Man giver dem et næringsstof og måler næringsoptaget i hele fællesskabet. Det betyder dog, at det bliver uklart, hvilken rolle de forskellige organismer på isen spiller.

Zoomede ind på enkelte celler

Fordi Laura Halbach var interesseret i at forstå isalgernes rolle i økosystemet på isen, kunne hun ikke bare isolere dem. I stedet fodrede hun hele økosystemet med såkaldte “mærkede næringsstoffer”. Bittesmå, isotopiske spor, som kan genkendes af en maskine, der kaldes et massespektrometer.

- Man kan sige, at vi “mærkede” den mad, vi gav dem. Det gjorde det muligt for os at se, hvem der spiste hvad. Ved hjælp af en maskine, kaldet en SIMS, som er ekstremt præcis, var vi i stand til at måle næringsstofsoptaget af enkelte celler, forklarer Laura Halbach.

Dataene fra maskinen viste, at algerne effektivt forbrugte de små mængder af tilgængelige næringsstoffer – og at de også havde oplagret nogle af dem. En opdagelse, der kom fuldstændig bag på forskerne.

- Isalgerne er meget dygtige til at optage de sparsomme næringsstoffer på isen. Desuden opdagede vi, at de har evnen til at lagre fosfor, som spiller en afgørende rolle for deres stofskifte.

Fosfor findes i meget små mængder på isen. Nogle forskningsresultater tyder på, at fosforen kommer fra lokale klipper, der indeholder mineraler med fosfor i dem. Når klipperne omdannes til mineralstøv ved erosion, spredes det over isen og bliver tilgængeligt for algerne.

En game changer i vores viden om isalger

Fordi isalgerne er i stand til at lagre fosfor, kan de potentielt kolonisere områder af isen med meget begrænsede mængder fosfor. Det betyder, at algerne, og dermed den mørke is, muligvis vil brede sig til større områder, end man tidligere troede var muligt.

- Hvert år smelter sneen tidligere og tidligere, og områder med is, som ikke tidligere har set solens lys, bliver blotlagt. Tidligere var områderne dækket af et tykt lag sne hele året rundt, men nu bliver store nye områder med is altså udsat for solen, siger Laura Halbach og fortsætter:

- Med solen følger også muligheden for at algerne flytter ind. Da de kan leve af meget begrænsede mængder af næringsstoffer, sker det højst sandsynligt før eller siden.

Laura Halbachs opdagelser er ikke blot fascinerende, men også vigtige. Den nye viden om algernes næringsbehov kan nemlig hjælpe forskerne til at blive bedre til at forudsige algernes påvirkning af afsmeltningen af den grønlandske indlandsis i fremtiden. 

I de fleste klimamodeller i dag er mikroorganismer ikke integreret, men Laura Halbachs opdagelser vil forhåbentlig blive inkluderet i modellerne. På den måde vil de mere præcist kunne forudsige omfanget af isens afsmeltning i de kommende år – og hvordan det vil påvirke det globale klima.