Hur den blå-gröna algen Trichodesmium klarar av att göra det omöjliga

Trichodesmium är en mikroskopiskt liten trådformig organism, en cyanobakterie (blå-grön alg). Men det är först under det senaste decenniet som forskarna har förstått hur viktig den är för vår överlevnad. Denna kunskap har erhållits under intensiva forskningskryssningar i tropiska delar av världshaven där Trichodesmium är mycket vanlig. Det faktum att den kan både fotosyntetisera och fixera kväve (dvs både ta upp CO2- och N2-gas från luften) gör att den kan växa i de ytterst näringsfattiga ytvattnen. Den kan bilda enorma “mattor” på havsytan, den “blommar”. Under en kryssning i Indiska Oceanen observerades t.ex. en Trichodesmium-blomning som sträckte sig över 100 000 km2. Redan Darwin och kapten Cook beskriver i sina reseskildringar ett fenomen som idag tolkas som stora Trichodesmiumblomningar.

Senare års forskning har visat att Trichodesmium tar upp hela 40-50% av allt nytt kväve som tillförs jorden genom kvävefixering. Det fixerade luftkvävet omvandlas till proteiner och kommer så småningom andra marina organismer till godo (t.ex. fisk). Utan denna kvävetillförsel skulle vi och de flesta andra organismer inte överleva. Det kväve-fixerande enzymet (nitrogenas) är emellertid extremt känsligt för O2-gas och cyanobakterier har utvecklat ett flertal strategier för att skydda nitrogenaset mot den syrgas som finns i luften och som de själva producerar i fotosyntesen. En länge olöst gåta har varit hur Trichodesmium skyddar sitt nitrogenas då den saknar tidigare kända skyddsmekanismer och fixerar kväve under den period den producerar mest O2 (dvs under dagtid).

Med hjälp av ett flertal experimentella tekniker visar en forskargrupp med professor Birgitta Bergman och doktorand Pernilla Lundgren vid Botaniska institutionen vid Stockholms universitet och forskare från USA och Tjeckien hur detta kan ske. Trichodesmium använder sig av två mekanismer: dels separeras fotosyntes och kvävefixering i tiden (lägre fotosyntes och O2 -produktion mitt på dagen då kvävefixeringen är som mest intensiv), dels befinner sig de två processerna i olika celler i Trichodesmium. Upptäckten av dessa skyddsmekanismer tyder vidare på att det evolutionära tempot i Trichodesmium är mycket långsam.

Resultatet publiceras under rubriken “Segregation of Nitrogen Fixation and Oxygenic Photosynthesis in the Marine Cyanobacterium Trichodesmium”i det nummer av den internationella vetenskapliga tidskriften Science som kommer ut 15 november.

Artikeln kommer att ingå i Pernilla Lundgrens avhandling – disputation vid Botaniska institutionen 25 januari 2002.

Närmare upplysningar lämnas av professor Birgitta Bergman, tfn 08-16 37 51, birgitta.bergman@botan.su.se eller Pernilla Lundgren, tfn 16 12 08, pernilla.lundgren@botan.su.se