Kan ormbunken som kylde planeten göra det igen?

Femtiofem miljoner år sedan, när forskarna tror att jorden befann sig i ett nästan galopperande tillstånd, farligt överhettad av växthusgaser, var Arktiska oceanen också en mycket annorlunda plats. Det var en stor sjö som var ansluten till de större oceanerna genom en enda öppning: Turgayhavet.

När denna kanal stängdes eller blockerades för nästan 50 miljoner år sedan blev den inneslutna vattenmassan den perfekta livsmiljön för en småbladig ormbunke som kallas Azolla. Föreställ dig Arktis som dagens Döda havet: Det var en varm sjö som hade blivit skiktad och led av bristande utbyte med vattnet utanför. Det innebar att vattnet var laddat med överskott av näringsämnen.

Azolla drog nytta av det rikliga kväve och den rikliga koldioxiden, två av dess favoritföda, och blomstrade. Stora populationer bildade tjocka mattor som täckte hela sjön. När nederbörden ökade på grund av det förändrade klimatet gav översvämningarna ett tunt lager av sötvatten som Azolla kunde krypa ut över delar av de omgivande kontinenterna.

Azolla blommade och dog på detta sätt i cykler i ungefär 1 miljon år, och varje gång lade man ner ytterligare ett lager av det tjocka sedimenttäcke som slutligen hittades 2004 av Arctic Coring Expedition.

Det faktum att ormbunken bara behöver lite mer än en tum vatten under sig för att växa får hela scenariot att verka helt rimligt – det vill säga tills man får reda på hur mycket kol denna koldioxidhungriga växt sög upp under loppet av dessa miljoner år.

”Ungefär hälften av den koldioxid som fanns tillgänglig vid den tidpunkten”, säger Jonathan Bujak, som studerar damm och fina växtpartiklar som palynolog. ”Nivåerna sjönk från 2500-3500 till 1500-1600 ppm. ”*

Och även om det fortfarande är oklart vad som avslutade Azolla-åldern, så hamnade jorden under de följande 49 miljoner åren i en cykel som ledde till ännu mer drastiska minskningar av CO2-nivåerna.

De sydliga kontinenterna bröts sönder och när Sydamerika och Indien flyttade norrut blev Antarktis isolerat och allt kallare, vilket absorberade mer CO2 och skapade en transportbältesliknande effekt av kall luft som gav isen en fortsättning. En rad istider utlöstes när koldioxidhalten i atmosfären sjönk till under 600 ppm för cirka 2,6 miljoner år sedan, bara 200 ppm från jordens nuvarande uppskattning.

Cykliska istider inleddes, som växlade mellan 100 000 år av massiva glaciärer, följt av 10 000-åriga pauser. I mitten av 1700-talet låg CO2-nivåerna på 280 ppm.

Finnande av moderna användningsområden för en heroisk växt
”Det som verkligen är obegripligt”, säger Bujak, ”är att den tidigare processen med att vår planet kyls av och att CO2-nivån sjunker tog 50 miljoner år att utveckla. Nu kan vi kanske vända denna process på några århundraden.”

Det som är känt om Azollas verkliga inre arbete kan fortfarande bara skummas på ytan, men människor över hela världen, som Kathleen Pryer, en Duke-professor som crowdfundar ormbunksgenomet, har fortsatt att hitta kreativa sätt att utforska dess möjligheter. Alan Marshall, en före detta röntgenläkare som bor i Tasmanien i Australien, är bara ett exempel på en medborgarforskare som tror att Azolla kan hjälpa planeten att nå en bättre balans.

Efter en tvåårig period som frivillig medicinsk röntgenläkare i Östafrika hade Marshall börjat se att tekniska framsteg inte alltid är bäst om de sker till stora kostnader. Han började leta efter sätt att använda vad han kallar alternativ, lämplig teknik.

””Alternativ” innebär att man i stället för industriell, dyr teknik som bara kan vara tillgänglig där man har underhållspersonal, använder sig av enklare, lokalt tillgängliga medel för att utföra samma arbete”, säger Marshall. ”’Lämplig’ tar hänsyn till vad lokalbefolkningen kommer att acceptera när det gäller deras behov, traditionella och religiösa åsikter, tekniska färdigheter etc.”

Marshall hade letat efter en metod för att behandla hemmets gråvatten, vatten från diskbänken eller badkaret, så att det kunde användas i hans trädgårdar, när han stötte på Azolla.

”När jag besökte en grannes trädgård lade jag märke till ett rosa ogräs som växte på ytan av hennes damm, tog med mig ett prov hem och undersökte det på Internet”, säger Marshall. ”När jag konstaterade att det var en art av Azolla och att den kunde avlägsna fosfater och kväve från vattnet, kände jag att det kunde hjälpa.”

Han började experimentera med Azolla som en del av ett filtersystem och bloggade om sitt projekt med andra Azolla- och alternativteknikentusiaster. Marshall har nu kommit fram till ett tredelat filtersystem som är effektivt för att ta bort lukten från gråvattnet, men inte för att ta bort patogener och virus.

Han säger att utvecklingen av den här typen av småskaliga, lättanvända mekanismer är idealisk som alternativ teknik, men att den också skulle kunna skalas upp för att användas i större system. Det är därför som det verkligen behövs proffs på området som kan gå in och vägleda det fortsatta arbetet, sade han.

Ät din Azolla. Det är bra för dig
Andra har börjat experimentera med den ätbara aspekten av azolla, däribland Andrew Bujak, kock och son till Jonathan Bujak. Andrew Bujak har odlat den i sitt hem i Kanada. Bujak var ursprungligen intresserad av slow food-konceptet, en italiensk rörelse som uppstod i opposition till det växande inflytandet från snabbmatskedjor som McDonald’s Corp., men såg en personlig användning för Azolla.

”Jag insåg att detta inte bara var en bra livsmedelskälla, eftersom den var näringsrik och praktiskt taget smaklös, utan också att den kunde odlas av vem som helst, i stort sett var som helst i världen. Den är tillräckligt lätt att hitta, antingen på nätet eller i affärer som säljer akvarier. Det är bara att tillsätta vatten, bokstavligen”, säger Bujak med ett skratt. När Bujak ombads beskriva smaken av ormbunken jämförde han den med ett grässtrå.

Azolla har vuxit inte bara i Kanada utan nästan överallt i världen, sade Bujak, så den har anpassat sig naturligt till många olika regioner och klimat. Detta gör det lätt för människor att helt enkelt plocka upp den och använda den.

”Kanske är du en småskalig jordbrukare i Alberta och vill minska kostnaderna och lämna ett mindre koldioxidavtryck”, säger Bujak. ”Odla Azolla, och boom, du har nu ett värdefullt gödningsmedel, en födokälla för boskap och något att äta själv.”

Han tillade att Azolla också skulle kunna bli framtidens supermat, både på grund av dess näring och på grund av hur lite mark den kräver.

”Även om vi odlade den som grödor skulle det inte vara slöseri med annan odlingsmark. Det skulle helt enkelt läggas till i befintliga system, såsom det nu används i rika risgrödor”, säger Bujak. ”Under förhållanden där utrymmet för livsmedelstillväxt är extremt begränsat erbjuder Azolla mycket näring på liten yta. Man har till och med arbetat med att använda den i rymden!”

Bujak sade att hans nästa projekt är att återskapa nori, pressade torkade tångblad, med hjälp av ormbunken. För närvarande kan Azolla säljas som ett nutraceutiskt preparat i Kanada, i kapslar och pulver med anspråk på antioxidanter och allmänna hälsofördelar, men det har ännu inte godkänts i USA. Bujak menade att det troligen inte kommer att dröja länge innan Azolla godkänns över gränsen, med tanke på ormbunksens resultat.

”Den här växten är så otrolig på alla nivåer”, sade han. ”Jag skulle inte bli förvånad över nästan allt vi får reda på att den är kapabel till.”

Kina blir ormbunksglad
För två veckor sedan gick Beijing Genomics Institute, eller BGI, som äger världens mest sofistikerade sekvenseringsplattformar, med på att ta sig an Pryers projekt för att finansiera kartläggningen av Azollas arvsmassa. Om så lite som ett år kan mysterierna kring ormbunken Azolas förflutna och fullständiga tillämpningar för framtiden bli data med fri tillgång.

Gane Ka-Shu Wong, en av grundarna av BGI, som också undervisar vid Kanadas University of Alberta, sade att gruppens oortodoxa ursprung på sätt och vis stämmer överens med Pryers plan. När Wong arbetade med det mänskliga genomprojektet i slutet av 1990-talet kände han att den vetenskapliga processen hade blivit alltför institutionaliserad.

”Belöningssystemet i det typiska statliga eller universitetslaboratoriet är alldeles för fokuserat på individen, inte på laget”, sade Wong. Tillsammans med andra forskare som kände likadant letade Wong efter en plats att öppna sina dörrar på.

”Vi bestämde oss för att om vi ville förändra den här kulturen var vi tvungna att gå till en plats där vi vid den tidpunkten praktiskt taget inte hade någon konkurrens”, sade Wong. ”På 1990-talet var det en plats som var mycket, mycket annorlunda än vad den är idag – den platsen är Kina.”

Med vetskap om att det mänskliga genomet var på väg att knäckas, etablerade teamet snabbt sin verksamhet utomlands. Till sina kollegers stora chock lyckades de slutföra sitt 1-procentiga bidrag till projektet i tid.

”Vi hade nu bevisat att vi kunde göra det, så vi skalade upp snabbt. Regeringen blev intresserad, privata företag blev intresserade och plötsligt var vi massiva”, säger Wong.

Nu levererar företaget tester och förnödenheter till sjukhus utöver att erbjuda ett komplett utbud av andra biologiska tjänster och började snart gå med vinst.

”Vi började använda pengar från kommersiella projekt för att finansiera vad vi kallar ”rolig vetenskap””, sade Wong, och syftade på projekt som tilltalar vetenskapsmännen endast för att de besvarar en fråga, och som inte nödvändigtvis tjänar en ekonomisk funktion.

”I grund och botten är vi ett gäng vetenskapsmän som älskar att bedriva vetenskap och som vill försörja sig själva. Hittills har det varit ganska framgångsrikt”, sade Wong. ”Vårt mål är att få ut den här informationen så att så många som möjligt kan få tillgång till den.”

BGI kommer också att fokusera på att reda ut det komplexa förhållandet mellan Azolla och de cyanobakterier som är dess nära reskamrat, något som BGI också ser som en nyckel till ormbunksfärgens framtida användningsområden och en utvidgning av dess studier.

Andra som har arbetat med Azolla i årtionden är glada över nyheten.

En förmögenhet framför sig för ett ogräs?
”Den här kunskapen kommer att ge oss kontroll över Azolla på ett sätt som vi inte hade tidigare”, säger Francisco Carrapico vid universitetet i Lissabon. ”Vi kan öka kolbindningen och kvävefixeringen, eller ge Azollas egenskaper till andra växter. Vi har till och med hittat kemikalier i Azolla som stoppar celldelningen. Frågan är nästan vad vi kommer att hitta som Azolla inte kan göra.”

Färnen har en nackdel, vilket har gett den ett otäckt rykte i delar av Europa och en beteckning som ogräs i Nordamerika. Azolla, liksom de flesta alger, kan bilda massiva blomningar, som den gjorde för 49 miljoner år sedan i Arktis, och kväva livet nedanför.

Men även i dessa fall, menar Jonathan Bujak, ”är blomningen ett symptom”, vanligtvis på grund av höga kvävenivåer.

Och även om Pryer sade att hennes motiv för att arbeta med Azolla främst var akademiska, ser hon definitivt möjligheten att riskkapitalism kan växa upp kring Azolla i framtiden.

”Vi ville ha ett genom för folket, av folket”, sade Pryer med ett skratt. Men andra tror att något annat än akademisk inlärning, miljötillämpningar eller industriell användning finns att vinna på Pryers arbete.

”Azolla har fått mig att inse att saker och ting i livet är mycket annorlunda än vad vi får lära oss att de är”, sade Carrapico. ”Livet är som Internet: Allt är osynligt sammankopplat, men vi glömmer det så ofta. Vi ser inte hur vi påverkar varandra. Vi kan titta på dessa kopplingar och genom biologi investera i förändringar som kommer att förbättra den värld vi lämnar efter oss.”

Finansieringsinsatser för ytterligare forskning avslutas på onsdag, men detta kommer säkerligen inte att vara det sista kapitlet i Azolla-sagan, en berättelse som började långt innan människorna bebodde planeten och som troligen kommer att fortsätta långt efter att vi har försvunnit.”
*Korrigering (7/16/14): ClimateWire redigerade denna mening efter publiceringen för att korrigera felaktiga koldioxidhalter som angavs i originalversionen.

Replikerat från Climatewire med tillstånd från Environment & Energy Publishing, LLC. www.eenews.net, 202-628-6500

.