Bikarbonat styrer den globale udbredelse af vandplanter

Landplanterne har forskellige tilpasninger til at øge udnyttelsen af CO₂ fra luften. Eksempelvis mindsker ørkenplanter vandtabet ved  at åbne spalteåbningerne om natten og binde CO₂ ved opbygning af æblesyre. Om dagen, og med lukkede spalteåbninger, bliver CO₂ igen frigivet fra æblesyren og indbygget i sukkerstoffer ved normal fotosyntese.

I ferskvand er vandforsyningen ikke et problem. Her er problemet i stedet, at vand nedsætter egenbevægelsen (diffusionen) 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 indholdet i luften pga. algernes CO₂ forbrug.

- ”Vandplanternes løsning er at udnytte bikarbonat-ionen, som findes opløst i søvandet” fortæller Professor Ole Pedersen.. ”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 ved at udnytte bikarbonat få mættet deres kulstofbehov. Omvendt begrænses fotosyntesen og væksten hos vandplanter, som mangler evnen til at udnytte bikarbonat. På globalt plan skaber det baggrunden for den øgede hyppighed af bikarbonabrugere i søer, der ligger i kalkrige områder”.

Konklusionen forekommer enkel, men rejsen frem til dette resultat har været lang.

-”Den bygger på en ide, som det har taget nogle år at løbe i mål”, fortæller Professor Kaj Sand-Jensen..

Mekanismerne bag bikarbonatudnyttelse hos tempererede arter har været et central forskningstema i Ferskvandsbiologisk Sektion 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 akvariefirmaet Tropica. Det gav os signaturen - plus eller minus bikarbonatudnyttelse - hos 131 arter fordelt blandt de vigtigste fylogenetiske grupper af verdens vandplantearter”, siger Kaj Sand-Jensen.

Men projektet var langt fra i mål. Det var nødvendigt samtidigt at kende arternes tilstedeværelse og vandkemien i søer på globalt plan. Derfor indledte forskerne et samarbejde med udenlandske partnere for at kortlægge arternes udbredelse i relation til bikarbonatindholdet i søerne og oplandenes geologi verden over.

- ”Der er en interessant tilføjelse for vandløbene”, afslutter Kaj Sand-Jensen. ”Vandløb modtager løbende vand fra de omgivende jorde, som typisk har 10-30 gange højere CO₂ koncentration end luft. 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.

Disse resultater er vigtige for at forklare nuværende og fremtidige forandringer i plantesamfundenes artssammensætning lokalt, regionalt og globalt, som kan skyldes ændringer i søernes bikarbonatindhold. De kan udløses af antropogene ændringer i forsuring, skovdække og kvælstofgødskning i oplandet.

Arbejdet er lavet i samarbejde med daværende post.docs. Lars Lønsmann Iversen, Anders Winkel og Lars Båstrup-Spohr.