Kan bregnen, der afkølede planeten, gøre det igen?

For 55 millioner år siden, da forskerne mener, at Jorden var i en nærmest løbsk tilstand, faretruende overophedet af drivhusgasser, var det arktiske ocean også et meget anderledes sted. Det var en stor sø, der var forbundet med de større oceaner ved én primær åbning: Turgayhavet.

Da denne kanal lukkede eller blev blokeret for næsten 50 millioner år siden, blev den lukkede vandmasse det perfekte levested for en småbladet bregne kaldet Azolla. Forestil dig Arktis som det Døde Hav i dag: Det var en varm sø, der var blevet lagdelt og led af manglende udveksling med vand udefra. Det betød, at vandet var fyldt med overskydende næringsstoffer.

Azolla udnyttede den rigelige mængde kvælstof og kuldioxid, to af dens yndlingsfødevarer, og blomstrede. Store bestande dannede tykke måtter, der dækkede hele søen. Da nedbøren øgedes som følge af det ændrede klima, gav oversvømmelser et tyndt lag ferskvand, som Azolla kunne krybe ud over dele af de omkringliggende kontinenter.

Azolla blomstrede og døde på denne måde i cyklusser i ca. 1 million år og lagde hver gang yderligere et lag af det tykke tæppe af sediment, som endelig blev fundet i 2004 af Arctic Coring Expedition.

Den kendsgerning, at bregnen kun har brug for lidt over en tomme vand under sig for at vokse, får hele scenariet til at virke helt rimeligt – det vil sige, indtil man får at vide, hvor meget kulstof denne kuldioxidhungrende plante sugede op i løbet af disse millioner år.

“Omkring halvdelen af den CO2, der var tilgængelig på det tidspunkt,” siger Jonathan Bujak, der studerer støv og fine plantepartikler som palynolog. “Niveauerne faldt fra mellem 2500 og 3500 til mellem 1500 og 1600 ppm. “*

Mens det stadig er uklart, hvad der afsluttede Azolla-alderen, faldt Jorden i de næste 49 millioner år ind i en cyklus, der medførte endnu mere drastiske fald i CO2-niveauet.

De sydlige kontinenter gik i opløsning, og efterhånden som Sydamerika og Indien vandrede mod nord, blev Antarktis isoleret og stadig koldere, hvilket absorberede mere CO2 og skabte en transportbælte-lignende effekt af kold luft, der gjorde isen vedvarende. En række istider blev udløst, da atmosfærens CO2-indhold faldt til under 600 ppm for ca. 2,6 millioner år siden, hvilket kun er 200 ppm mindre end Jordens nuværende skøn.

Der begyndte en række cykliske istider, der roterede mellem 100.000 år med massive gletsjere, efterfulgt af 10.000-årige pauser. I midten af det 18. århundrede var CO2-niveauet på 280 ppm.

Find moderne anvendelser for en heroisk plante
“Det er virkelig uforståeligt”, sagde Bujak, “at den tidligere proces med afkøling af vores planet og CO2-fald tog 50 millioner år at udfolde sig. Nu er vi måske ved at vende denne proces i løbet af få århundreder.”

Det, man ved om Azollas sande indre funktioner, kan stadig kun skimte overfladen, men folk over hele verden, som Kathleen Pryer, en Duke-professor, der crowdfunderer bregnens genom, har fortsat med at finde kreative måder at udforske dens muligheder på. Alan Marshall, en tidligere radiolog, der bor i Tasmanien i Australien, er blot et eksempel på en borgerforsker, der mener, at Azolla kan hjælpe planeten med at opnå en bedre balance.

Efter et toårigt ophold som frivillig medicinsk radiograf i Østafrika var Marshall begyndt at se, at teknologiske fremskridt ikke altid er bedst at opnå med store omkostninger. Han begyndte at søge efter måder at anvende det, han kalder alternativ, hensigtsmæssig teknologi.

“”Alternativ” betyder, at man i stedet for industriel, dyr teknologi, som kun kan være tilgængelig, hvor man har vedligeholdelsespersonale, anvender enklere, lokalt tilgængelige midler til at udføre det samme arbejde,” sagde Marshall. “‘Passende’ tager hensyn til, hvad lokalbefolkningen vil acceptere med hensyn til deres behov, traditionelle og religiøse synspunkter, tekniske evner osv.”

Marshall havde ledt efter en metode til at behandle sit hjems gråvand, vand fra vasken eller badekarret, så det kunne bruges i hans haver, da han stødte på Azolla.

“Da jeg besøgte en nabos have, lagde jeg mærke til et lyserødt ukrudt, der voksede på overfladen af hendes dam, tog en prøve med hjem og undersøgte det på internettet,” sagde Marshall. “Da jeg fandt ud af, at det var en art af Azolla, og at den kunne fjerne fosfater og kvælstof fra vandet, følte jeg, at det kunne hjælpe.”

Han begyndte at eksperimentere med Azolla som en del af et filtersystem og blogge om sit projekt med andre Azolla- og alternative teknologi-entusiaster. Marshall er nu kommet frem til et tredelt filtersystem, der er effektivt til at fjerne lugten fra det grå vand, men ikke til at fjerne patogener og vira.

Han sagde, at udviklingen af denne type mekanismer i lille skala, der er lette at drive, er ideelle som alternativ teknologi, men at de også kunne opskaleres til brug i større systemer. Derfor er der virkelig brug for fagfolk på området til at træde til og vejlede det videre arbejde, sagde han.

Spis din azolla. Det er godt for dig
Andre har eksperimenteret med det spiselige aspekt af azolla, herunder Andrew Bujak, en kok og søn af Jonathan Bujak. Andrew Bujak har dyrket den i sit hjem i Canada. Bujak var oprindeligt interesseret i slow food-konceptet, en italiensk bevægelse, der er opstået i opposition til den voksende indflydelse fra fastfoodkæder som McDonald’s Corp. og så en personlig anvendelse for Azolla.

“Jeg indså, at det ikke kun var en god fødevarekilde, fordi det var næringsrigt og næsten smagløst, men også fordi det kunne dyrkes af alle stort set overalt i verden. Det er let nok at finde, enten online eller i butikker, der sælger akvarier. Man skal bare tilsætte vand, bogstaveligt talt,” sagde Bujak med et grin. Da Bujak blev bedt om at beskrive smagen af bregnen, sammenlignede han den med et græsstrå.

Azolla er ikke kun vokset i Canada, men næsten overalt i verden, sagde Bujak, så den er naturligt tilpasset til mange forskellige regioner og klimaer. Det gør det nemt for folk at samle det op og bruge det.

“Måske er du en lille landmand i Alberta, og du ønsker at reducere omkostningerne og efterlade et mindre CO2-fodaftryk”, sagde Bujak. “Dyrk Azolla, og bum, så har du nu et værdifuldt gødningsstof, en fødekilde til husdyr og noget at spise selv.”

Han tilføjede, at Azolla også kunne være fremtidens superfood, både på grund af dens ernæring og fordi den kræver så lidt jord.

“Selv hvis vi dyrkede den som afgrøder, ville det ikke være spild af andet dyrket areal. Det ville simpelthen blive tilføjet til eksisterende systemer, som det nu bruges i rige risafgrøder,” sagde Bujak. “Under forhold, hvor pladsen til vækst af fødevarer er ekstremt begrænset, tilbyder Azolla en masse næring for en lille mængde plads. Man har endda arbejdet på at bruge den i det ydre rum!”

Bujak sagde, at hans næste projekt er at genskabe nori, pressede tørrede tangark, ved hjælp af bregnen. I øjeblikket kan Azolla sælges som et nutraceutisk lægemiddel i Canada, i kapsler og pulver, der hævder antioxidanter og generelle sundhedsfordele, men det er endnu ikke godkendt i USA. Bujak foreslog, at det sandsynligvis ikke vil vare længe, før Azolla bliver godkendt på den anden side af grænsen, i betragtning af bregnens resultater.

“Denne plante er så utrolig på alle niveauer”, sagde han. “Jeg ville ikke blive overrasket over næsten alt, hvad vi finder ud af, at den er i stand til.”

Kina bliver bregne-glad
For to uger siden indvilligede Beijing Genomics Institute, eller BGI, der ejer de mest sofistikerede sekventeringsplatforme i verden, i at påtage sig Pryers projekt for at finansiere kortlægningen af Azolla-genomet. Om så lidt som et år kan bregnens mysterier i fortiden og de fulde anvendelsesmuligheder for fremtiden blive til data med fri adgang.

Gane Ka-Shu Wong, en af grundlæggerne af BGI, som også underviser på Canadas University of Alberta, sagde, at gruppens uortodokse oprindelse på nogle måder passer til Pryers skema. Mens han arbejdede på det menneskelige genomprojekt i slutningen af 1990’erne, følte Wong, at den videnskabelige proces var blevet for institutionaliseret.

“Belønningssystemet i det typiske stats- eller universitetslaboratorium er alt for fokuseret på den enkelte, ikke på holdet”, sagde Wong. Ved at binde sig sammen med andre forskere, der følte det samme, ledte Wong efter et sted at åbne deres døre.

“Vi besluttede, at hvis vi ville ændre denne kultur, var vi nødt til at gå til et sted, hvor vi stort set ingen konkurrence havde på det tidspunkt,” sagde Wong. “I 1990’erne var der et sted, der var meget, meget anderledes end det er i dag – det sted er Kina.”

Ved viden om, at det menneskelige genom var ved at blive knækket, etablerede holdet hurtigt en forretning i udlandet. Til stor chok for deres kolleger lykkedes det dem at færdiggøre deres 1 procents bidrag til projektet i tide.

“Vi havde nu bevist, at vi kunne gøre det, så vi skalerede hurtigt op. Regeringen blev interesseret, private virksomheder blev interesserede, og pludselig var vi massive,” sagde Wong.

Nu leverer virksomheden hospitalsprøver og -forsyninger ud over at tilbyde en hel række andre biologiske tjenester og begyndte snart at give overskud.

“Vi begyndte at bruge penge fra kommercielle projekter til at finansiere det, vi kalder “sjov videnskab”,” sagde Wong og henviste til projekter, der kun appellerer til videnskabsfolk, fordi de besvarer et spørgsmål og ikke nødvendigvis tjener en økonomisk funktion.

“Det vigtigste er, at vi er en flok videnskabsfolk, der elsker at lave videnskab og ønsker at tjene til føden. Indtil videre har det været ret vellykket,” sagde Wong. “Vores mål er at få disse oplysninger ud, så så mange mennesker som muligt kan få adgang til dem.”

BGI vil også fokusere på at afdække det komplekse forhold mellem Azolla og de cyanobakterier, der er dens nære rejsekammerat, noget BGI også ser som nøglen til bregnens fremtidige anvendelser og udvidelse af dens undersøgelse.

Andre, der har arbejdet med Azolla i årtier, er begejstrede over nyheden.

En formue forude for et ukrudt?
“Denne viden vil give os kontrol over Azolla på en måde, som vi ikke havde før,” sagde Francisco Carrapico fra universitetet i Lissabon. “Vi kan øge kulstofbindingen og kvælstofbindingen eller give Azolla’s egenskaber til andre planter. Vi har endda fundet kemikalier i Azolla, der stopper celledeling. Spørgsmålet er næsten, hvad vi vil finde, som Azolla ikke kan gøre.”

Farnen har dog en ulempe, som har givet den et grimt ry i dele af Europa og en betegnelse som ukrudt i Nordamerika. Azolla kan som de fleste alger danne massive opblomstringer, som den gjorde for 49 millioner år siden i Arktis og kvæle livet nedenunder.

Men selv i disse tilfælde, argumenterede Jonathan Bujak, “er opblomstringen et symptom”, som regel på grund af høje niveauer af kvælstof.

Mens Pryer sagde, at hendes motivation for at forfølge Azolla mest var akademisk, ser hun bestemt potentialet for venturekapitalisme til at vokse op omkring Azolla i fremtiden.

“Vi ville have et genom for folket, af folket”, sagde Pryer med et grin. Andre mener dog, at der er noget andet end akademisk læring, miljømæssige anvendelser eller industrielle anvendelser at hente i Pryers arbejde.

“Azolla har fået mig til at indse, at tingene i livet er meget anderledes end det, vi får at vide, at de er,” sagde Carrapico. “Livet er ligesom internettet: Alt er usynligt forbundet, men vi glemmer det så ofte. Vi ser ikke, hvordan vi påvirker hinanden. Vi kan se på disse forbindelser og gennem biologi investere i ændringer, der vil forbedre den verden, vi efterlader os.”

Fondsmidlerne til yderligere forskning slutter onsdag, men dette vil helt sikkert ikke være det sidste kapitel i Azolla-sagaen, en fortælling, der begyndte længe før mennesker beboede planeten, og som sandsynligvis vil fortsætte længe efter, at vi er væk.
*Korrektion (7/16/14): ClimateWire redigerede denne sætning efter udgivelsen for at rette de fejlagtige kuldioxidniveauer, der var angivet i den oprindelige version.

Reprintet fra Climatewire med tilladelse fra Environment & Energy Publishing, LLC. www.eenews.net, 202-628-6500