En forskare tar prover i ett försöksfält på en äng. Foto.
Klimatexperiment i Jurabergen, Frankrike. Insamling av vitmossor för DNA- och RNAanalys. Plexiglasskivor används i fält för att höja temperaturen.
Foto: Gustaf Granath
TEMA: GODA EXEMPELDen ekologiska forskningen är central för att förstå hur livet och ekosystemen förändras med klimatförändringar och människans brukande av planeten. Med både nya och gamla metoder försöker forskare gräva djupare i dessa komplexa samband, en utmaning som kräver samarbeten över ämnesgränser och nya tankesätt. Användningen av olika metoder tillsammans kan hjälpa oss förstå och förutsäga vad som händer i naturen.
Två forskare sitter på en äng vid en provruta 50x50 cm. Foto. Typiska vegetationsinventering av småytor med en ram. Ytorna är permanent utmärkta och lades ut i början av 1980-talet inom PMK-programmet och dessa ligger på en myr nära Lima i Dalarna. På bilden ses Jake Bull (t v) och Charles Campbell (t h) under sommarens inventeringsresa av äldre permanenta ytor på myrar i Mellansverige.

Foto: Gustaf Granath

Den biologiska mångfalden sträcker sig över många olika nivåer i naturen, från gener till ekosystem. Att undersöka om och hur alla dessa nivåer samverkar är en komplex uppgift. Genom att använda olika metoder, ofta i kombination med varandra, kan vi nå längre och förstå helheten bättre.

Olika metoder och verktyg

Ett exempel på hur metoder kan kombineras är ett pågående projekt där vi undersöker hur vitmossor anpassar sig till miljöer och interagerar med mikrober för att öka sin överlevnad och tillväxt. Vitmossor dominerar myrarna på nordliga breddgrader och är viktiga för deras ekosystemfunktioner som kolinlagring och vattenhushållning. Därför är det viktigt att förstå vitmossornas respons på klimatförändringar – växer de mer eller mindre, utkonkurreras vissa arter, ökar eller minskar myrarnas kolinlagring? Frågorna är många. Genom större internationella samarbeten används både värmeexperiment i fält (uppvärmda ytor och kontrollytor), i klimatkamrar, och naturliga gradienter i naturen. Bland annat undersöks varma källor på Island för att se hur mossorna kan klara av höga temperaturer.

Förutom olika tillvägagångssätt för att se hur populationer och arter svarar mot temperaturförändring, så används idag en mängd olika verktyg för att försöka förstå mekanismerna i naturen. Molekylära metoder (DNA-sekvensering) gör det möjligt att studera den genetiska diversiteten inom vitmossearter i detalj och koppla gener till de karaktärer (växtens fenotyp) som är viktiga för anpassningen till ett förändrat klimat. Billigare DNA-sekvensering har öppnat upp en ny inriktning i den här forskningen och nu kan även de mikrobiella samhällen som lever i mossan studeras. Tidiga resultat har visat att mikrobsamhällets sammansättning är viktiga för mossans tillväxt och överlevnad vid temperaturhöjningar, något som inte hade varit möjligt att påvisa utan denna metodutveckling.

Med vad betyder då dessa gener, arter och samhällen för myrekosystemet, hur påverkas funktioner som flöden av kol och kväve? Modeller kan användas för att skala upp de förändringar vi observerar i naturen. Ekologiska samhällen, arter, gener, kan kopplas till egenskaper som styr myrekosystemens näringsflöden. Men det är en stor utmaning att kunna svara på frågan: Hur förändras näringsflödet i ekosystemet när art A ökar över tid men art B minskar? Myrmarker är naturligt kvävefattiga och viktiga kollager så vi vill veta hur organismerna påverkar ekosystemets kväve och kolcykel. Till exempel tillför kvävefixerande bakterier som lever i mossorna stora mängder kväve till myrmarkerna. Med så kallade kväveisotoper kan vi mäta kvävefixering i fält (omvandling av luftens kvävgas till växttillgängligt kväve) och sedan korrelera med gener, arter, artsamhällen och omgivande miljö. På liknande sätt kan andra processer i ekosystemet studeras, som till exempel koluppbyggnad.

Övervakning viktigt

Experiment och miljögradienter är viktiga för att förstå processer, men för att mäta och förstå förändringar över tid är långa tidsserier nödvändiga. Ofta handlar det om klassiska metoder som att mäta förekomst av arter, eller täckningsgrad av vegetation. På ett grundläggande plan är detta ”facit” på vad som händer i naturen. Det är viktigt att komma ihåg att övervakningsprogram är inriktade på att svara på vissa frågor och all data kommer med begränsningar – det vill säga det är ”facit” utifrån hur datainsamlingen är designad. Till exempel finns det en avvägning mellan hög detaljnivå och stort dataunderlag.

Inom forskningen på myrvegetation finns det ett antal myrar som inventerats med hög noggrannhet på exakt samma ytor (ner till 50×50 cm), vissa myrar i över femtio år. Denna typ av arbete är nog den mest klassiska inom växtekologin och ser ut att även fortsättningsvis spela en viktigt roll. Intåget av fjärranalyser med hjälp av bilder från drönare och satelliter kommer snarare göra dem än viktigare, då vi alltid ändå måste veta vad som växer på marken. Övervakningsdata kan hjälpa oss att testa och kalibrera våra modeller – ”Sker det vi förutsäger ska ske?” – men också hjälpa oss att formulera nya hypoteser. Data visar att vissa myrars artsamhällen är mycket stabila, medan att det sker förändringar i andra. Det är svårt att dra orsakssamband utifrån dessa data men det ger oss underlag för att testa nya hypoteser i experiment och förbättra våra modeller över hur naturen fungerar.

 

Rostvitmossa. Foto. Närmare 45 arter vitmossor finns i Sverige och bland dessa hittar vi de viktigaste
arterna för kolinlagring i våra torvmarker. Denna ekosystemfunktion hänger dock
inte på artrikedomen, utan på vilken eller vilka arter som dominerar. Den mest kända arten är nog rostvitmossan som finns över nordligaste delen av jordklotet och med sin tillväxt medverkar den i bildandet av mossar (sura myrar, pH 3–4, där vatten- och näringstillförsel endast sker genom nederbörd).

Foto: Charles Campbell

Kort om några metoder

Övervakning (tidsserier): Återkommande provtagning av samma område över en längre tidsperiod.
Fjärranalys: Icke-destruktiv insamling av data över större områden. Ofta automatiserat. T.ex. satellitdata och drönarbilder.
Gradientstudier: Provtagning eller experiment över ett område där miljön förändras, t.ex. från torrt till blött.
Experiment: Manipulering av enstaka variabler för att separera ut enskilda effekter. Kan utföras i labbmiljö eller fält vilket är en avvägning mellan kontroll och realism.
Meta-analys: Syntes av många studier, t.ex. sammanvägning av resultaten från många experiment.
Modellering:
- Mekanistiska modeller: utgår ifrån grundläggande principer (fysiska, kemiska, biologiska) för att bygga modeller. T.ex. för att visa hur en växts tillväxt blir en funktion av dess fotosyntes, som i sin tur beror på tillgång på vatten, ljus och näring.
- Statistiska modeller: utgår från statistiska samband mellan variabler. T.ex. tillväxt skattas direkt utifrån samband med säsongens väder utan att orsakssamband kan säkerställas.
Ofta är modeller en blandning av mekanistiska processer och statistiska samband.

Vitmossa för kolinlagring – men inte för artrikedom?

Närmare 45 arter vitmossor finns i Sverige och bland dessa hittar vi de viktigaste arterna för kolinlagring i våra torvmarker. Denna ekosystemfunktion hänger dock inte på artrikedomen, utan på vilken eller vilka arter som dominerar. Den mest kända arten är nog rostvitmossan som finns över nordligaste delen av jordklotet och med sin tillväxt medverkar den i bildandet av mossar (sura myrar, pH 3–4, där vatten- och näringstillförsel endast sker genom nederbörd). En sådan vitmossa kan påverka de artrika rikkärren negativt då den försurar och gör miljön alltför torr för andra växter, vilket slutligen ger en artfattigare miljö. Det var länge ett mysterium hur denna art ens kunde etablera sig i en miljö med högt pH vilket den borde vara känslig för. Efter flertalet experiment i fält kunde vi visa att arten kan växa i även i högt pH, vilket först var ett förvirrade resultat – varför tar den, eller liknande arter, inte oftare över i rikkärren? Efter nya experiment, nu i växthus, fick vi dock svaret: om rostvitmossan översvämmades av grundvattnet under en del av året klarade den sig inte och kunde inte växa till sig i rikkärret. En kunskap som kan vara en pusselbit för att lyckas få en rik flora vid restaureringar av dikade rikkärr. Vid återvätning av dikade mossar är dock etablering av mossebildande vitmossor nyckeln för att snabbt återfå en naturlig och kolinbindande mossemiljö.