Jag var på en konferens i Bristol som handlade om hoten mot världens jordar, och utmaningar som vi står inför om vi ska kunna föda jordens framtida befolkning. Vi satt i smågrupper och diskuterade vilka egenskaper som är viktiga för jordarnas funktion. Efter flera omgångar i mindre grupper kom vi fram till att stabila jordaggregat allra bäst sammanfattar en jords kvalitet. De ger en jord med god markstruktur som ger livsutrymme för en mångfald av organismer. Dessutom hålls kol och näring lättare kvar i marken så att läckage och koldioxidavgivning minimeras.
Vi vet idag att jordar är de miljöer som hyser den största biologiska mångfalden på vår planet. Man brukar säga att det finns lika många bakterieceller i en tesked jord som det finns människor på jorden, och lägger man samman alla svamphyfer i denna tesked jord skulle man få en sträng som är flera hundra meter lång. Men hur kan det komma sig att denna till synes bruna homogena röra innehåller så många olika sorters organismer, och hur kan vi lära oss mer om vilka faktorer som styr utvecklingen av denna mångfald?
Jord kan synas homogen i större skala men är ytterst heterogen i mikroskala. Organismerna förekommer i luft- och vattenfyllda porer i marken. Jordpartikeln längst upp till höger i skissen är 1 millimeter bred.Foto: Illustration: Isabel Fahlén/Azote
Jord består av mineralpartiklar som vittrat från den underliggande berggrunden eller från material som färdats med inlandsisen, samt döda växtdelar i olika stadier av förmultning. Rötter, svampar och bakterier i marken utsöndrar ämnen som gör att dessa partiklar hålls ihop i så kallade aggregat (de klumpar av olika storlek som jord består av). Luft- och vattenfyllda porer bildas mellan aggregaten och detta blir livsutrymmet för mångfalden av liv som finns här. De allra minsta porerna är ständigt vattenfyllda. Diffusion av näring och syre sker långsamt och bakterierna som lever här får det magert. Men de är skyddade från rovdjur. Till exempel nematoder eller protister som är för stora för att ta sig in (se figur). De större porerna är oftast luftfyllda, men har en tunn vattenfilm längs kanten där bakterierna kan leva.
Men när det regnar fylls porerna på med näringsrikt vatten som passerat genom markens ytlager. Löv och annat som håller på att brytas ner i markytan ger ifrån sig löst organisk substans som blir mikrobmat. Detta betyder att bakterier i de större porerna ofta har det fett och kan växa fort, men rovdjuren kommer också att trivas här. Men det är inte så att det kryllar av liv överallt i jorden. Det är snarare som en öken med en massa oaser där livet frodas. Dessa oaser, eller hotspots som man också kallar dem, kan vara en växande rotspets, nyfallen förna eller hålet efter en grävande mask. Rotspetsar utsöndrar smörjmedel i form av polysackarider för att kunna tränga fram mellan jordpartiklarna, och kolhydrater och aminosyror läcker ut och blir mat åt bakterier och svampar runt rotytan. Roten tar upp vatten och näring och förändrar livsmiljön omkring sig. pH-värdet kan vara två enheter lägre intill rotytan jämfört med två millimeter längre ut. Det är nästan lika stor skillnad som mellan en barrskog och en jordbruksmark. Denna ständiga förändring av miljön i mikroskala, i både tid och rum, skapar en unikt variabel miljö med plats för jordens största mångfald av organismer. Med hjälp av modern DNA-teknik kunde forskare identifiera 3 3000 taxa av bakterier i ett enda jordprov. Eller vad sägs om 25 000 kända arter av jordlevande nematoder? Och då ska man veta att det verkliga antalet antagligen ligger mellan 1 och 10 miljoner. Betydligt fler än antalet växtarter på jorden (ca 400 000 arter, se tabell).
Bakterier är strikt akvatiska organismer och får snällt vänta i vattenfilmen runt markpartiklarna på att ett ”hett tillfälle” ska uppstå, kanske en rot som växer förbi. Med svamparna är det annorlunda. De tar sig fram genom marken med sina hyfer och kan passera luftfickor och andra hinder i sin jakt efter ”hotspots”. Även svamparna är artrika och förekommer i många olika livsformer. En del är nedbrytare och söker efter döda växtdelar. Andra är symbionter eller parasiter och är på jakt efter levande rötter. Svamparnas hyfer har stor betydelse för jordaggregatens stabilitet. Detta är viktigt för markens struktur så att porer inte faller samman efter ett regn. Många svampar har hydrofoba hyfer som stöter bort vatten vilket gör att aggregaten inte sprängs sönder när de plötsligt blir vattenmättade. Och svamphyferna bildar klibbiga ämnen som håller samman partiklarna i större aggregat.
Känt och uppskattat antal av arter av jordorganismer och kärlväxter listade efter storlek. Det uppskattade antalet arter grundar sig på vetenskaplig litteratur, och stöds av expertutlåtanden. Sifforna är hämtade från Soil Biodiversity Atlas (2016).Foto: Siffror från Soil Biodiversity Atlas (2016).
Traditionellt har forskare betraktat jorden som en svart låda. Man vet vad man stoppar in, och vad som kommer ut, men inte vad som händer inuti. Men en del av dagens jordforskare försöker öppna lådan och titta in. Med hjälp av synkrotronljus, som bland annat finns på forskningsanläggningen MAXIV i Lund, kan man belysa jordaggregat och se hur olika näringsämnen och vatten är fördelade i mikroskopisk skala, och sen relatera detta till förekomsten av olika organismer. Edith Hammers forskargrupp på Lunds Universitet försöker efterlikna jordens komplicerade miljö genom att konstruera mikrochips med mikrometerstora kanaler. Här låter hon jordsvampar och bakterier växa och studerar hur de beter sig i förhållande till variationer i till exempel näringshalt och pH. Tekniken kallas mikrofluidik och används mycket inom den medicinska forskningen.