En av ozonlagrets största fiender är dikväveoxid, N2O; en förening mer allmänt känd som lustgas. Det är också en kraftfull växthusgas; ett kilo dikväveoxid kan absorbera ungefär 300 gånger mer värme än ett kilo koldioxid.
Lustgas bildas naturligt i miljön när ammoniak oxideras till nitrat och nitrat reduceras till kväve, men även till följd av förbränning. Gödselanvändning i jordbruket är en starkt bidragande orsak till att lustgasutsläppen ökar. N2O kan dock omvandlas till kvävgas, N2. Denna process utförs bland annat av mikrobsamhällen i jordar och havsbottnar, och är den huvudsakliga kvävesänkan i havet.
I en process som kallas denitrifikation reduceras nitrat och nitrit i en serie reaktioner till kvävgas och återgår till atmosfären. Kvävegasen kan också bildas från ammoniak under så kallad anammox. Även om denitrifiering vanligtvis är den viktigaste processen för avlägsnandet av kväve är anammox stundtals lika tongivande. Båda dessa processer drivs av mikroorganismer, och båda kräver nästan helt syrefri miljö för att äga rum.
Syrekänsliga processer
Mikroorganismerna bakom denitrifieringsprocessen kan grovt indelas i två grupper:
- de som har de genetiska förutsättningarna för hela nedbrytningen från nitrat till kvävgas
- de som endast kan utföra det sista steget, från dikväveoxid till kvävgas.
Den sista gruppen har lyfts fram som särskilt viktiga reglerare av dikväveoxidnivåerna i atmosfären. Båda grupperna är känsliga för syre och behöver en anaerob miljö för att effektivt bryta ner kväveföreningar. Havet är dock en ombytlig plats, och syrenivåerna kring bottnarna fluktuerar beroende på både biologiska och klimatologiska omständigheter.
Det är därför troligt att lokala bottensediments förmåga att verka som kvävesänka och N2O-reglerare varierar med dessa fluktuationer. Om detta handlar en studie från institutionen för skoglig mykologi och växtpatologi vid Sveriges lantbruksuniversitet.
Doktorand Lea Wittorf är en av studiens upphovspersoner.
– Havet är en viktig lustgasproducent, och kustnära vatten med stor avrinning från jordbruket producerar nog mer än det öppna havet. Men hur mycket denitrifierande bakterier påverkar produktionen vet vi inte, säger hon.
– Vi vet i allmänhet inte särskilt mycket om lustgasreduktion i några ekosystem. I den här studien ville vi därför förstå hur olika mönster av syresättning av havsvattnet påverkar de denitrifierande mikrobsamhällena.
Lea Wittorf inkuberade bottensediment i olika vattenmiljöer; kontinuerligt syresatt, kontinuerligt anaerobt med en blandning av koldioxid och kvävgas istället för luft, och i femdagarscykler växelvis syresatt eller anaerobt. Detta pågick i 137 dagar.
– Vår hypotes var att vattnet med de oscillerande syrenivåerna borde främja denitrifieringen i sedimente. Eftersom denitrifikationen inte kan äga rum under i närvaro av syre i någon större omfattning, samtidigt som den kräver tillgång på nitrat och nitrit, vilka i sig inte bildas i anaerob miljö. Därför ser vi ofta att denitrifikationsprocessen med tiden avstannar i helt anaeroba miljöer, säger Lea Wittorf.
Växlande syresättning gynnar denitrifikation
Forskarnas genomförde DNA-analyser på sedimentproverna för att studera mikrobsamhällets genetiska förutsättning för kvävenedbrytning, och fann att oavsett syresättning var resurserna för denitrifiering signifikant större än för anammox, vilket tyder på att detta är den dominerande kvävecirkulationsvägen i proverna.
– Men vi såg också att mikrobsamhället påverkades olika av respektive syrebehandling. Oscillerande syrenivåer hade en märkbart gynnsam effekt på denitrifierande mikrober. Bland dessa kunde vi se att de med förmåga till hela nedbrytningen från nitrat till kvävgas
Kubas rinnande guld
På en gård en dryg timme utanför Havanna trängs trängs pumpor och tomater med mangoträd och kamomill och mycket mycket annat. Det är så frodigt att man för ett ögonblick tror att man hamnat i edens lustgård. Illusionen kommer dock av sig när sju bikupor med i runda slängar 350 000 gaddade honungsbin uppdagar sig. Både gården och bina ägs av José Luis Nuñes, som svettas så det droppar där han sitter på knä och stoppar in bitar av cederträ i en rökpust.
– Ju mer väldoftande trä, desto gladare bin, skojar han och sätter på sig en hemmagjord variant av den klassiska biodlarhatten.
José Luis Nuñes använder rökpusten för att bina ska äta sig lugna. Foto: Malin Palm
I själva verket är röken ett knep för att få bina att inte sticka. Genom att spruta rök tror bina nämligen att det är en brand på gång vilket gör att de börjar hetsäta honung för att inget ska gå till spillo. Resultatet blir jättemätta bin som inte ens orkar använda gadden. När de lugnat sig lyfter José av taket på en av kuporna och en ullig brungul massa uppenbarar sig. Han petar hål på en av skärmarna och mörkt orange honung rinner ut.
Bortsett från färgen smakar den ungefär som honungen man köper hemma i matbutiken. Men medan honungen vi köper vanligtvis är producerad av bin som behandlats för olika sjukdomar och ätit från besprutade grödor är den kubanska honungen hundra procent ekologisk.
– Ingen här använder sig av bekämpningsmedel, men eftersom bina kan flyga åtta kilometer så måste vi vara vaksamma på vår omgivning. Om någon börjar att använda kemikalier på sina fält innebär det säkerligen slutet för bina.
Pollinatörer svälter ihjäl
Ett internationellt forskarteam kom 2006 fram till att var tredje tugga vi äter helt eller delvis kommer från insektspollinerade grödor. De senaste åren har pollinatörer så som bin och humlor dock dött med en alarmerande hastighet, vilket hotar framtida matförsörjning. I Kina är framtiden redan här och efter att ha förlorat 80-90 procent av sina bin tvingas bönderna att pollinera sina fruktträd för hand för att få någon skörd överhuvudtaget.
Läget i Europa är inte mycket bättre. I Sverige är en tredjedel av alla vilda bin rödlistade och biodlare upplever ett allt större problem med ökad vinterdödlighet hos honungsbin.
Det är fortfarande oklart exakt vad som orsakar den globala massdöden, men mycket tyder på att det är bekämpningsmedel innehållande neonikotinoider tillsammans med matbrist som ligger bakom. Förra året publicerade forskare vid Lunds universitet resultaten av en stor studie i vetenskapstidskriften Nature där det tydligt framgår att humlor och vilda bin förökar sig sämre vid grödor behandlade med insektsmedel innehållande neonikotinoider.
– Humlekolonier vid den behandlade rapsen producerade nästan inga nya drottningar, och eftersom de nya drottningarna är de enda som överlever vintern får det stora effekter på humlornas populationer. Dessutom hade ingen solitärbihona återvänt till holken och byggt bo, vilket de hade gjort på sex av åtta av de obehandlade fälten, säger Lina Herbertsson, en av forskarna bakom studien.
Förutom bekämpningsmedel är Lina Herbertsson övertygad om att västvärldens industriella och monokulturella jordbruk är en stor bov i dramat.
– I dagens jordbrukslandskap är det ont om betesmarker, ängar och blommande ogräs jämfört med förr, vilket gör att humlor och vilda bin har svårt att klara sig. Om en humlekoloni ligger bredvid raps kan den växa och bli jättestor i början av säsongen, men sedan måste det finnas mat någon annanstans inom flygavstånd, annars klarar inte kolonin sig säsongen ut, säger hon.
Matbristen gäller dock inte honungsbin eftersom ägaren oftast flyttar kupan dit maten finns. Inte heller visade Naturestudien några signifikanta förändringar i honungsbinas beteende jämfört med humlor och solitära bin så än så länge verkar honungsbina opåverkade av bekämpningsmedel. Biodlarna på Kuba är dock väldigt medvetna om giftenas miljöpåverkan och är mycket noga med att hålla sina bin borta från tveksamma områden.
Ofrivilligt ekologiskt jordbruk
För 20 år sedan såg jordbruket på Kuba ungefär ut som i resten av världen och under kalla kriget, när landet hölls under armarna av storebrodern Sovjetunionen, använde landet mer bekämpningsmedel än USA. Användandet fick dock ett abrupt slut 1989 i och med Sovjetunionens sammanbrott och landet tvingades ställa om från ett industriellt jordbruk till ett småskaligt ekotänk.
– Bönderna hade inget annat val än att odla utan kemikalier. För att försäkra sig om att få friska skördar började man istället att praktisera växelbruk och introducera ”nyttiga” insekter som höll skadedjuren borta, säger Humberto Rios Labrada, den kubanska ekoodlingens fader och 2010 års pristagare av Goldman Environmental Prize som delas ut till framstående miljörättskämpar.
När jordarna hade återhämtat sig efter århundraden av monokulturella sockerrörsodlingar kom bina tillbaka. Sedan dess har beståndet varit stabilt och bidöden som har lamslagit resten av världen existerar inte på ön.
Honung är den fjärde mest inkomstbringande exportprodukten på Kuba efter rom, tobak och fiskeprodukter. Enligt FN:s livsmedels- och jordbruksorganisation FAO producerade Kuba 2014 över 7200 ton honung till ett värde av 195 miljoner kronor. Enligt det amerikanska jordbruksverket är var tredje tugga vi äter direkt eller indirekt beroende av att bin pollinerar grödorna. Det finns drygt 2000 biodlare på Kuba
Källa: FAO och det amerikanska jordbruksverket
Dock är de kubanska bina, precis som i andra delar av världen, utsatta för diverse insektsangrepp, bland annat från invasionsmyran som dödar bina med sitt gift. Men istället för att angripa inkräktarna med kemikalier introducerade man helt enkelt en större myra som åt upp de bidödande myrorna.
Kubas biframgångar kan dock få ett abrupt slut. I spåren av den upptinade relationen mellan USA och Kuba och ett utökat handelsutbyte uttrycks oro för att bekämpningsmedel åter ska bli tillgängliga på den karibiska önationen. Humberto, som arbetat med att ta fram hållbara jordbruksmodeller i över 20 år, anser dock inte detta vara det största problemet.
– Vad är meningen med orörd natur och biodiversitet när folket lider? Jag är för ett ekologiskt jordbruk, men jag är också för demokrati. Folk måste kunna tjäna pengar och en bättre relation med USA innebär att många kan få det bättre ställt.
Enligt honom är det stora problemet att hitta en balans mellan ekonomisk och hållbar utveckling.
– Bevis är den viktigaste katalysatorn. Det räcker inte med att prata om det, du måste visa det konkret. Ekologisk odling är avgörande, både nu och i framtiden.
Hoppas inspirera andra
I närheten av tobaksstaden Pinar del Rio ligger den ekologiska gården Finca Marta som drivs av Fernando Funes Monzote, agronom och doktor i ekologiskt jordbruk. För tre och ett halvt år sedan startade han med en bikupa. I dag har han 80 stycken med sammanlagt 32 miljoner bin och kan utvinna i snitt tio kilo honung per dag.
Fernando Funes Monzote är en av Kubas mest hypade ekobönder. Hans grödor säljs till flera av Havannas toppkrogar och han tar nästan dagligen emot besök av nyfikna forskare, journalister, statsmän och ekoturister som vill lära sig mer om hans jordbruksmetoder. Trots framgångarna är han dock inte sugen på att expandera verksamheten.
– Vi vill inte växa som gård, vi vill växa med folket. Målet är att ge bönderna ett sätt att försörja sig på i en tid när många har gett upp och flyttat till de större städerna. Om vi inte vill att utländska bolag ska ta över det kubanska jordbruket ännu en gång måste vi ge jordbrukarna en anledning att stanna på gården, säger han och blickar ut över de prunkande terrassbäddarna.
Under ett omkullblåst träd ligger en bikupa, den är mycket mindre än de andra och i betydligt sämre skick. Fernando öppnar locket och inuti gömmer sig melipona, kubanska gaddlösa bin som vanligtvis håller till i gamla träd. Istället för vaxkakor bygger de upp ett samhälle som påminner om ett månlandskap i miniatyr. Han sticker hål på en bubbla och inuti gömmer sig den ljuvligaste guldbruna honung med en smak av lika delar surt och sött. Den påminner inte alls om honungen från de europeiska bina hos José som är mycket sötare.
– Jag hittade samhället i ett gammalt träd och tyckte att det var synd att inte ta vara på det. Dessvärre är de kubanska bina mycket mindre produktiva än deras europeiska släktingar så det blir inte så mycket honung från dem.
Kubanska eller europeiska bin – båda arterna är troligtvis inte så sugna på en framtid i kemikaliernas tecken. Fernando å andra sidan har så fullt upp med nuet att han inte hinner tänka på morgondagen.
– Hela livet är fullt av hot och möjligheter – det handlar om att anpassa sig och prioritera. Jag oroar mig inte för framtiden, jag har fullt upp här och nu.
Kuba är en före detta spansk koloni som upptäcktes av Columbus 1492. Ön var spansk ägo till 1898, varefter den kort administrerades av USA fram till man fick nominell självständighet 1902. Den bräckliga republiken uthärdade en allt mer radikal politik och sociala konflikter, och trots insatser för att stärka sitt demokratiska system, hamnade Kuba i en diktatur under förre presidenten Fulgencio Batista 1952. Batista störtades emellertid 1959 av 26 juli-rörelsen som sedan etablerade en socialistisk enpartistad under ledning av Fidel Castro. 1960 inledde USA sin blockad, vilket fick till följd att landet etablerade starka band med Sovjetunionen. Detta stöd upphörde dock efter Sovjets sammanbrott och 1990-talet dominerades av en ekonomisk kris. För att undkomma nöden öppnade landet för turism och i dag besöker drygt tre miljoner turister Kuba årligen. 2008 övertog Raul Castro presidentposten och sedan dess har landet långsamt öppnat upp sig mot omvärlden.
Text: Izabella Rosengren på uppdrag av Forskning.se
Kreativa matematikuppgifter bidrar till djupare lärande
I sin avhandling visar Mathias Norqvist att arbete med kreativa matematikuppgifter är viktigt både för hur eleverna reflekterar över matematiken och för efterföljande testresultat. Att få möta kreativa uppgifter under träning ger en tydlig effekt för alla elever, både duktiga och svaga.
– Mina resultat visar på vikten av att få arbeta med kreativa uppgifter och att inte alltid få metoder och regler presenterade i förväg. Det är något som både förlag och lärare skulle kunna ta mer hänsyn till när de designar matematikuppgifter, säger Mathias Norqvist.
Många studier visar att utantillärande utan koppling till grundläggande matematiska principer är alltför vanligt i läroböcker och att de utmanande uppgifter som finns alltid är placerade längst bak i kapitlen.
Fokus på givna metoder
Det finns sällan lite lättare utmaningar under vägen genom avsnitten och dessutom finns oftast både formler och räknade exempel tillgängliga och dessa kan nästan alltid användas direkt (med någon justering) för att lösa uppgifterna i kapitlet.
Eleverna blir sällan, i uppgifterna, ombedda att argumentera för sina lösningar och detta bidrar i stort till att matematik ses som ett verklighetsfrånkopplat och obegripligt ämne som går ut på att minnas en uppsjö av abstrakta formler. Studier visar också att matematiklärare tenderar att fokusera sina introduktioner på hur givna metoder ska användas.
Mathias Norqvists avhandling visar att gymnasieelever som arbetar med uppgifter designade för att uppmuntra kreativa matematiska resonemang har lättare att dra sig till minnes vad de lärt och i och med det presterar de bättre. Detta bekräftades också via fMRI som visade att träningssessionen på 45 minuter hade inverkan på elevers hjärnaktivitet en vecka senare.
Lågpresterande elever gynnas mest
– Alla elever som varit med i våra försök har gynnats av att träna med de kreativa uppgifterna. Tvärt emot den gängse uppfattningen verkar det vara de lågpresterande eleverna som gynnas mest av att träna med kreativa uppgifter, jämfört med mer imitativa uppgifter där fokus ligger på hur man ska använda givna lösningsmetoder, säger Mathias Norqvist.
Det är stor risk att elever som får en metod presenterad, bara använder den utan eftertanke. Det finns förstås saker inom matematiken som man bör automatisera för att minska pressen på arbetsminnet, men det bör inte ske utan förståelse för den underliggande matematiken. Eftersom väldesignade kreativa uppgifter kan fokusera centrala matematiska egenskaper är de viktiga för att alla elever ska bli tvungna att reflektera över matematiken och basera sina resonemang på vad de redan kan.
Totalt deltog cirka 300 elever från gymnasiet i studierna som ligger till grund för avhandlingen. Tre av studierna är kvantitativa och fokuserar på vilken typ av resonemang som ger bättre resultat på test en vecka efter träning. I en av dessa gjordes testet i fMRI-kamera för att studera elevernas hjärnaktivitet under testet. Den sista studien är av kvalitativ art och studerar hur elevers resonemang utvecklas när de löser uppgifter i klassrummet.
Mathias Norqvist har utfört sin forskarutbildning inom forskarskolan i utbildningsvetenskap vid Lärarhögskolan, Umeå universitet, och har varit delaktig i projektet Learning mathematics by Imitative and Creative Reasoning.
Avhandlingen: On Mathematical Reasoning: being told or finding out
Disputationen äger rum klockan 13.00 i Sal Ma121 i MIT-huset vid Umeå universitet och genomförs på engelska. Fakultetsopponent är biträdande professor Kristina Juter från Kristianstad Högskola, Sverige.
Kontakt:
Mathias Norqvist, Institutionen för matematik och matematisk statistik
Telefon: 090 – 786 52 25 mathias.norqvist@umu.se
Gamla gårdsmiljöer gynnar hotade fåglar
– Få miljöer uppvisar så starka positiva effekter på fågelfaunan som äldre bebyggelse i byar, säger Tomas Pärt vid institutionen för ekologi på SLU.
Ett allt intensivare jordbruk i Europa har gjort det svårare för många arter att långsiktigt överleva. Ett exempel är tofslärkan som har minskat med 95 procent i Europa mellan 1980 och 2005 (State of Europe’s Common Birds). Samtidigt har bestånden av till exempel gråsparv och stare mer än halverats i Sverige.
Därför är det viktigt att hitta de miljöer som fortfarande finns kvar i jordbrukslandskapet och där fåglarna trivs. Polen är ett idealiskt land för studier av detta. Efter Berlinmurens fall 1989 har landsbygden förändrats. Många mindre jordbruk har lagts ner på grund av dålig lönsamhet, äldre hus har rivits och nya som enbart är bostäder har byggts. Många polska byar förändras nu, från att varit dominerade av bondgårdar till att bli alltmer dominerade av modernt boende för pendlare.
12 000 individer av 135 fågelarter
Eftersom gårdsmiljöer kan vara viktiga miljöer för många fågelarter undersökte forskarlaget 78 bostäder och gårdar i 30 byar. De hittade 12 000 individer av 135 fågelarter, inklusive många av dem som är hotade i Europa i dag.
– När vi undersökte det hela på gårdsnivå fann vi flera intressanta mönster, berättar Tomas Pärt. Generellt hade äldre fastigheter tydligt fler fågelarter än hus byggda efter 1989 och de aktiva jordbruksfastigheterna var i särklass de fågelrikaste miljöerna. Men inte nog med det, när vi tittade på fågelsamhället i hela byar fann vi en dramatiskt minskad art- och individrikedom när byarna moderniserats. Om andelen nya hus i byn ökar från 10 till ca 40 procent minskar till exempel antalet arter med två tredjedelar, från nästan 30 till färre än 10 arter.
Forskarna tror att detta beror på att äldre bebyggelse och framförallt bondgårdar är mer varierade miljöer än nybyggda fastigheter.
– Äldre hus är mer komplexa med takpannor, halmtak, skorstenar och träbjälkar och i trädgårdarna finns små uthus, äldre träd, buskar, fruktträd, dammar och hagar. Alla dessa småmiljöer erbjuder en mängd arter boplatser och mat, något som var speciellt tydligt för bondgårdar med djur, gödselstackar och spillsäd. Dessa miljöer är helt enkelt ett paradis för en minskande art som gråsparv, säger Tomas Pärt.
Denna utveckling på landsbygden ska och kan inte hindras, menar forskarna. De pekar istället på att det finns goda möjligheter att utveckla nya strategier för att förvalta byarnas och jordbrukslandskapets fågelmångfald:
Bebyggelsens betydelse för odlingslandskapets mångfald bör erkännas och inkluderas i framtida miljöstöd. Även i Sverige gynnar aktiva bondgårdar, särskilt de med djurhållning, flera av de fågelarter som minskar mest.
Via information och olika typer av stöd kan samhället gynna renovering och bevarande av äldre byggnader och miljöer så att de ändå uppfyller dagens krav.
Med hjälp av enkla åtgärder kan nya byggnader och trädgårdar utformas så att de blir mer intressanta för fåglar. I stadsmiljö finns trender med gröna tak och odlingar och samma tänk kan utnyttjas för att göra landsbygdsmiljön mer vänlig för både människor och mångfalden av fåglar, fjärilar och andra djur.
Studien har letts av Zuzanna Rosin vid Adam Mickiewicz University i Poznan. Från SLU medverkade Tomas Pärt och Michal Zmihorski. Resultaten har nyligen publicerats i Journal of Applied Ecology.
Kontaktinformation:
Avkommor till invandrande vargar är mer framgångsrika
Den skandinaviska vargstammen uppgick under vintern 2016 till cirka 430 individer, men trots populationens nuvarande storlek så var det fram till 2007 endast tre vargar som lyckades bidra med genetiskt material. Detta resulterade i att populationen fram till dess hade en mycket begränsad genetisk variation och en omfattande inavel.
Under vintern 2007/2008 hade dock två invandrande individer nått den skandinaviska vargpopulationens utbredningsområde och fått var sin partner, med vilka de reproducerade sig för första gången följande vår och under ytterligare ett antal år.
Forskare från Sveriges lantbruksuniversitet, Lunds universitet, Norsk institutt for naturforskning och Högskolan i Hedmark har nu tittat närmare på vad denna invandringsepisod kan ha betytt. Det forskarna fann var att avkommor till dessa invandrade vargar var bättre än avkommor till de mer inavlade individerna på att hitta en partner av motsatt kön, och att denna parbildning oftare ledde till nya vargkullar. Orsaken till dessa förbättrade egenskaper kan antingen vara ett en bättre överlevnad eller en bättre förmåga att finna och attrahera en ny partner.
Denna studie är en av de första som har kunna mäta och jämföra framgången i reproduktion bland första generationens avkommor till invandrade och därmed obesläktade individer i förhållande till avkommor av samma ålder från de befintliga och inavlade individerna i en population. Studien visar även att den skandinaviska populationens tillväxt tenderade att öka efter att dessa avkommor började reproducera sig och därmed att endast ett fåtal invandrande individer kan bidra med viktiga effekter på livskraften i små och inavlade populationer.
För mer information:
Mikael Åkesson, forskare
Institutionen för ekologi, SLU, Grimsö, Sverige
E-post: mikael.akesson@slu.se
Telefon: +46 (0)581 69 73 22
http://www.slu.se/skandulv
Øystein Flagstad, Seniorforsker
NINA, Trondheim, Norge
E-post: oystein.flagstad@nina.no
Telefon: +47 917 18 309
Den vetenskapliga artikeln i Molecular Ecology
Genetic rescue in a severely inbred wolf population. Mikael Åkesson, Olof Liberg, Håkan Sand, Petter Wabakken, Staffan Bensch & Øystein Flagstad. Molecular Ecology. DOI: 10.1111/mec.13797