Text can be used as it is or in a revised version without further notice to promote the findings reported in the Science paper entitled "Catchment properties and the photosynthetic trait composition of freshwater plant communities" DOI10.1126/science.aay5945


Dansk pressemeddelelse - Kalkindholdet i jorden styrer den globale udbredelse af vandplanter

Alle vandplanter foretrækker CO2 men mange kan også udnytte bikarbonat som primært dannes i jorden ved nedbrydningen af kalk. Det giver bikarbonatbrugerne en fordel når konkurrence om CO2 er høj. I en artikel i SCIENCE viser forskere fra Ferskvandsbiologisk Laboratorium sammen med kolleger fra ind- og udland, at hyppigheden af bikarbonatbrugere i søer verden over er styret af søernes bikarbonatindhold, som varierer voldsomt afhængig af oplandets geologi. Mens landplanters forskellige måder at skaffe sig CO2 på afhænger af temperatur og nedbør, så afhænger vandplanternes forsyning således i sidste instans af oplandets geologi, der bestemmer søernes indhold af bikarbonat.  
Landplanterne har forskellige tilpasninger til at øge udnyttelsen af CO2 fra luften. Eksempelvis har ørkenplanter CAM-fotosyntese, hvor de for at minimere vandtabet kun åbner spalteåbningerne om natten og binder CO2 ved opbygning af æblesyre. Om dagen, og med lukkede spalteåbninger, bliver CO2 igen frigivet fra æblesyren og bundet på normal vis i fotosyntesen til sukkerstoffer.

I ferskvand er vandforsyningen ikke et problem. Her er problemet i stedet, at vand nedsætter bevægelse (diffusion) af CO2 10.000 gange, og CO2 risikerer derfor nemt at blive brugt op i tætte plantebestande. For at mætte vandplanternes fotosyntese skal CO2 koncentrationen typisk være 10-20 gange højere end i luften. Det er aldrig tilfældet i søer, som om sommeren tværtimod kan have koncentrationer på kun 10% af indhold i luften pga. algernes CO2 forbrug.

Vandplanternes løsning er at udnytte bikarbonat-ionen, som findes opløst i søvandet fortæller Professor Ole Pedersen. Han fortsætter: Udnyttelsen af bikarbonat koster energi og er langt mindre effektiv end udnytelsen af CO2 ved de samme koncentrationer. Men udbyttet ved at udnytte bikarbonat stiger markant med mere bikarbonat i vandet. Så i bikarbonatrige søer, som ligger i kalkrige områder, hvor der dannes og udvaskes meget bikarbonat fra jordene, kan vandplanterne med evne til at udnytte bikarbonat få mættet deres behov for kulstof. Omvendt begrænses fotosyntesen og væksten hos vandplanter, som mangler evnen til at udnytte bikarbonat. Også på globalt plan skaber det baggrunden for den øgede hyppighed af bikarbonatbrugere i søer, der ligger i kalkrige områder.

Konklusionen forekommer enkel, men rejsen frem til dette resultat var lang. Den bygger på en ide, som det har taget nogle år at løbe i mål, fortæller Professor Kaj Sand-Jensen. De fysiologiske mekanismer og den økologiske betydning bag bikarbonatudnyttelse hos mange tempererede arter har været et central forskningstema på Ferskvandsbiologisk Laboratorium i mange år. Men betydningen var ikke undersøgt hos arter i troperne, hvor temperatur, vandkemi og artsudbud er anderledes. Derfor foreslog vi Anne Hinke i sit speciale at studere evnen til bikarbonatudnyttelse hos et stort antal tropiske arter, som hun modtog fra det danske akvariefirma Tropica. Kaj Sand-Jensen fortsætter: Det gav os signaturen - plus eller minus bikarbonatudnyttelse - hos omkring 130 arter fordelt blandt de vigtigste fylogenetiske grupper af verdens vandplantearter. Men projektet var langt fra i mål. Det var nødvendigt samtidigt at kende arternes tilstedeværelse og vandkemien i søer på globalt plan. Derfor indledte vi et samarbejde med mange udenlandske partnere for at kunne kortlægge arternes udbredelse i relation til bikarbonatindholdet i søerne og oplandenes geologi verden over. Det omfattende arbejde stod daværende Post. Docs. Lars Lønsmann Iversen, Anders Winkel og Lars Båstrup-Spohr for.

Der er en sidste interessant krølle på historien, afslutter Kaj Sand-Jensen. Vandløb har typisk 10-20 gange højere CO2 koncentration end luft. Overmætningen stammer fra grundvand og drænvand, der løbende tilføres fra de omliggende jorde. Så i vandløb er der normalt ikke grund til, at vandplanterne satser på at udnytte bikarbonat, som koster både energi og investering i aktive ionpumper. Her er almindelig CO2 udnyttelse det mest kost-effektive. Analysen viste da også, at hyppigheden af bikarbonatbrugere er lav i vandløbene både herhjemme og globalt.

KILDE: Catchment properties and the photosynthetic trait composition of freshwater plant communities Iversen LL, Winkel A, Baastrup-Spohr L, Hinke AB, Alahuhta J, Baattrup-Pedersen A, Birk S, Brodersen P, Chambers PA, Ecke F, Feldmann T, Gebler D, Heino J, Jespersen TS, Moe SJ, Riis T, Sass L, Vestergaard O, Maberly SC, Sand-Jensen K and Pedersen O. Science, 15th November 2019. DOI 10.1126/science.aay5945

Henvendelse:
Ole Pedersen: opedersen@bio.ku.dk; Kaj Sand-Jensen: ksandjensen@bio.ku.dk; Lars Båstrup-Spohr: lbaastrupspohr@bio.ku.dk; Lars Lønsmann Iversen: liversenuc@gmail.com

Et dansk vandløb kan huse tætte bestande af vandplanter. Vores studie viser at vandløbsplanter sjældent domineres af arter som kan bruge bikarbonat, fordi vandløb sædvanligvis har meget høje koncentrationer af CO2. Det koste energi at udnytte bikarbonat, og derfor vinder CO2-brugerne konkurrencen om uorganisk kulstof i vandløbene. Foto af Ole Pedersen.
Kalkfattige søers undervandsflora domineres af planter der udnytter søbundens høje indhold af CO2. Arter som kan anvende bikarbonat har nemlig ingen konkurrencemæssig fordel i de kalkfatte søer, og fordi søvandet ikke indeholder særligt meget CO2, må planterne finde alternative kilder til uorganisk kulstof, som fodrer fotosyntesen. Foto af Ole Pedersen