Nedbrytning i frusen mark kan påverka klimatet

De modeller som används för att beräkna hur ett varmare klimat förändrar omsättningen av markens kolförråd utgår från att processerna i princip avstannar när marken är frusen. En studie ledd av forskare vid SLU visar att det är fel. Mikroorganismernas förmåga att bryta ned markens kolförråd under vintern är avsevärt större än man tidigare trott. Och det har stor betydelse om det är –3 °C i stället för –4 °C i marken.

Avger koldioxid
När markens organiska material bryts ned av mikroorganismer bildas koldioxid, som avges till atmosfären. Detta är en av de större naturliga processer som reglerar halten av koldioxid i atmosfären, och i förlängningen de pågående klimatförändringarna. Även ganska små förändringar i omsättningen av markens kolförråd kan få märkbara konsekvenser.

På stora delar av det norra halvklotet är marken frusen under vinterhalvåret. Tidigare har man antagit att nedbrytningen i princip avstannar då marken är frusen och marktemperaturen under noll. Men nu visar det sig alltså att mikroorganismerna har betydligt större förmåga att bryta ned markens kolförråd under frusna förhållanden än man tidigare har trott.

– Våra resultat kastar nytt ljus på vad som egentligen händer med kolförrådet i frusen mark, säger Javier Segura, som är doktorand vid SLU:s institution för skogens ekologi och skötsel, och artikelns försteförfattare.

Aktiva i porer med ofruset vatten
– Vi har tidigare visat att markens mikroorganismer kan bryta ned enkla kolföreningar som finns lösta i markvattnet och använda dessa för tillväxt trots att marken är frusen, säger Mats Öquist vid SLU, som har varit en av de drivande forskarna bakom studien. Markens organiska material består dock nästan uteslutande av stora, sammanlänkade, molekyler (t.ex. cellulosa), som ofta är svårlösliga i markvatten och därför inte direkt tillgängliga för mikroorganismer. För att nedbrytning i frusen mark ska påverka markens kolbalans krävs det alltså att även dessa föreningar bryts ned, viket man tidigare inte har trott varit möjligt.

För att mikroorganismerna ska kunna omsätta cellulosa måste denna först brytas ned i mindre bitar. Mikroorganismerna åstadkommer detta genom att utsöndra enzymer i markvattnet. Enzymerna klipper isär molekylerna i mindre delar som kan tas upp och sedan brytas ned till koldioxid. Det den nya studien har bevisat är att även denna enzymatiska aktivitet pågår i frusen mark, vilket möjliggör nedbrytning av stora, komplexa, kolföreningar.

När temperaturen sjunker minskar nedbrytningshastigheten, men den stannar inte av helt trots att marken är frusen. En förutsättning för detta är att det finns ofruset vatten även i tjälad mark. Det ofrusna vattnet finns i små porer och i tunna vattenfilmer som omger jordpartiklarna, och det är där mikroorganismerna kan vara aktiva och bidra till nedbrytning av markens organiska material, även om temperaturen är under noll grader.

En grad gör skillnad
Forskargrupperna vid SLU och Umeå Universitet har tidigare visat att mikroorganismerna i den frusna marken även reagerar mycket starkt på små förändringar i temperatur. En ökning i temperatur i en frusen mark med så lite som en grad, från till exempel –4 °C till –3 °C, kan leda till att nedbrytningshastigheten ökar med över 100 procent. Det kan jämföras med att en motsvarande temperaturökning i ofrusen mark leder till att aktiviteten ökar med 10–15 procent.

– Mikrobiologiska processer i tjälad mark har alltså en mer långtgående inverkan på kolets globala kretslopp än vi har trott, säger Mats Öquist. Och våra resultat bör även vara giltiga för mer permanent frusna jordar i polarområden, som ofta betraktas som ”tickande kolbomber” i skenet av en global uppvärmning.

Forskarna skriver att det behövs ytterligare studier för att mer exakt kvantifiera vilken inverkan de nya rönen har på regional och global skala, och konsekvenserna för till exempel klimatförändringar. De slår dock fast att det inte längre går att bortse från vinterns betydelse för kolets kretslopp och för atmosfärens koldioxidhalt.

Studien är ett resultat av ett långsiktigt samarbete mellan biogeokemister vid Sveriges lantbruksuniversitet och kemister vid Umeå universitet och den nationella infrastrukturen NMR for Life.

Kontakt: Javier Segura, doktorand, Institutionen för skogens ekologi och skötsel
Sveriges lantbruksuniversitet, tel: 090-786 8168, 076-839 9979,epost:

Morgonljus får oss att må bättre

Nu är det dags att gå över till vintertid och klockan ställs fram en timme. Morgnarna blir ljusare och eftermiddagarna mörkare. Men hur påverkar omställningen vårt psyke och vår biologi? Bara fint säger forskarna.

– Övergången till vintertid är bara positiv. Vi får ett påslag av morgonljus som ger effekt i flera veckor framåt innan det värsta vintermörkret har lagt sig, säger Arne Lowden som är docent i psykologi med speciell inriktning mot sömn och ljuspåverkan vid Stressforskningsinstitutet på Stockholms universitet.

Växlingen till vintertid för egentligen inte med sig några nackdelar. Arne Lowden säger att det inte går att upptäcka någon ökad risk för sjukdomar eller annan ohälsa i någon av de stora studier som undersökt sambandet mellan hälsa och vintertid. Det är heller ingen större svårighet att anpassa sig till en timmes tidsskillnad.

– Det har skrivits ett flertal motioner i riksdagen om en önskan att bibehålla sommartiden. Men vi som forskar på området tycker att återgången till vintertid är viktig. Det ökade ljuset på förmiddagen som vintertiden för med sig hjälper hjärnan att förstå skillnaden mellan natt och dag, säger Arne Lowden.


Ljuset styr en rad funktioner i vår biologi. När dagsljuset är otillräckligt får inte hjärnan de ljuspulser som signalerar till kroppen att det är dag och att det är tid att bli aktiv. Skillnaden mellan dagsljus och nattljus blir otydlig och vi kan reagera med att bli trötta och håglösa. Men ljuset på morgontimmarna kan ge ny energi.

– Fram till klockan tio har ljuset en tydlig effekt på cellerna i kroppen som gör att de blir aktiva. Därefter förändras ljusets sammansättning vilket gör att kroppen inte längre svarar med samma aktivitet.

Människor naturligt dagsaktiva
Närmare hälften av alla celler i kroppen har en dygnsrytm. Den ligger nedärvd i våra gener och är något vi delar med alla levande varelser. Cellernas rytm justerar balansen mellan aktivitet och vila och kallas det cirkadiska systemet. Upptäckten av det cirkadiska systemet belönades för övrigt med årets nobelpris i medicin.

– En viktig funktion hos celler är att kunna återhämta sig. Vi är genetiskt anpassade för att vara dagaktiva och vår återhämtning sker under natten, säger Arne Lowden.

Dygnsrytmen i cellerna förutsäger skiftet mellan natt och dag. Redan klockan tre på natten börjar kortisolet att dra igång och väcka kroppen. Det är ett stresshormon som förbereder oss för aktivitet och rörelse. Inför kvällen behöver vi bli trötta för att kunna somna.

– Utan återhämtning skulle vi dö och därför behövs en stark signal till hjärnan att det är dags för vila. Den uppgiften har påslaget av sömnhormonet melatonin, säger Arne Lowden.

Under vinterhalvåret är ljuset i Sverige på extremt låga nivåer. På hösten når bara 14 procent av det globala ljuset hit. Under vintermånaderna har det minskat till fem procent. Eftersom vår biologi är så knuten till ljusets växlingar ger det svaga dagsljuset konsekvenser på flera olika sätt.

Arne Lowden ser till exempel i sin forskning att november är den månad då skolelever känner sig mest nedstämda. Men det kan också ge upphov till depression. Ett fenomen som är så vanligt att det har ett eget namn, årstidsbunden depression.

– Årstidsbunden depression är kopplad till minskat ljus. En förklaring till att depressionen uppstår kan vara att hos de människor som drabbas är produktionen av melatonin för hög under dagen. Men varför vissa människor är känsligare för att ljuset minskar vet man inte, säger Katja Valli, lektor i psykologi vid Skövde högskola som forskar om årstidsbunden depression.

Känslor av meningslöshet
Tillståndet blir vanligare ju längre norrut från ekvatorn människor lever. Det är också dubbelt så vanligt bland kvinnor som bland män. Åtta procent av kvinnorna drabbas jämfört med fyra procent av männen. Men sannolikt är antalet högre eftersom många inte är diagnostiserade, menar Katja Valli.

Årstidsbunden depression är allvarligt och kan i värsta fall leda till självmord.
En mildare variant är vinterblues då är man trött och deprimerad men alla kriterier för en fullständig diagnos uppfylls inte.

För den som lider av årstidsbunden depression kommer känslorna av meningslöshet och tomhet smygande under hösten. De förstärks under vintern och klingar av till våren. Typiska tecken är också trötthet under hela dagen, att vilja sova mycket och att längta efter socker och kolhydrater. Något som är ett sätt att kompensera för tröttheten.

– I andra typer av depressioner är det motsatta istället vanligt, som att tappa aptiten och att lida av sömnproblem. På det sätter är årstidsbunden depression annorlunda, säger Katja Valli.

Även Katja Valli uppskattar omställningen till vintertid. Morgonljuset kan inte bota en depression som brutit ut men det kan verka förebyggande och göra att nedstämdheten inte blir lika stark, säger hon.

Utomhusljus dubbelt så starkt
Bästa sättet att inte förlora humöret under den mörka perioden är att vara utomhus minst en timme före klockan tio på morgonen, säger Arne Lowden. Det ljus vi då utsätts för har en styrka på 1000 lux jämfört med inomhusljuset som bara är ungefär 500 lux.

– Förr klarade vi årets mörkare perioder bättre eftersom vi var ute stor del av dagen. Att vistas inomhus på dagarna är ett nytt fenomen som kom med elektriciteten för lite mer än 100 år sedan.

Men även om det artificiella ljuset inte är lika starkt som naturligt dagsljus så hjälper det att bara tända en lampa.

– Så fort vi tänder ljuset blir vi mer alerta. Ljuset är kopplat till flera olika hjärncentra som direkt aktiveras. Det kan också göra stor skillnad att på arbetsplatser byta från det gula ljus som till exempel ofta är i lysrör till ljuskällor med vitare ljus.

Så finns de ett mer drastiskt alternativ och det är att helt enkelt fly mörkret.

– Solresor är ett mycket effektivt sätt att må bättre när ljuset på våra breddgrader inte räcker till, säger Arne Lowden.

Ljusterapi mot årstidsbunden depression

Ljusterapi kan bromsa årstidsbunden depression. Genom att tidigt på morgonen exponeras för starkt ljus minskar kroppens produktion av sömnhormonet melatonin.

– En orsak till den trötthet och det stora sömnbehov som följer av årstidsbunden depression kan vara att halten av melatonin inte sjunker under dagen. Att utsättas för starkt ljus motverkar produktionen av melatonin och ljusterapi kan därför göra att människor mår bättre. Men behandlingen måste sättas in innan depressionen brutit ut, säger Katja Valli, lektor i psykologi vid Skövde högskola som forskar om årstidsbunden depression.

Ljusterapi innebär att man sitter framför en lampa eller har ett par glasögon på sig med en skärm som ger ljus på upp till 2500 lux. Det är ungefär fem gånger så starkt som på en ordinär arbetsplats. Helst ska ljuset vara i den blå – lila skalan eller vitt. De delar av hjärnan som reglerar dygnsrytm är mer känsliga för blå våglängder. Det är ljus som finns i dagsljus och i lampor med dagsljuskaraktär.

Behandlingen görs på morgonen varje dag under minst 20 minuter och för de flesta människor uppstår inga biverkningar. Men personer som är känsliga för starkt ljus kan få huvudvärk.

– Ljuset gör att man genast blir piggare på morgonen och det ger också en signal till vår dygnsrytm som gör att det blir lättare att somna på kvällen. Medicinering mot sömnstörningar ökar men istället för att ta en melatonintablett kan man tanka ljus, säger Arne Lowden docent i psykologi med speciell inriktning mot sömn och ljuspåverkan på Stockholms universitet.

För att undersöka hur ungdomars humör påverkas av ljusterapi genomför Arne Lowden just nu en studie på ett 60-tal gymnasieelever. Varje morgon i 20 minuter under två veckor utsätts de för ljus som är ca 1000 lux, som är samma styrka som dagsljuset under det mörka halvåret.

Innan ungdomarna börjar använda glasögonen har de fått uppskatta hur de känner sig: glada, trötta, nedstämda etc. Efter de två veckorna med ljusglasögon gör de en ny uppskattning.

– Även om vi måste ta hänsyn till att det kan finnas en viss placeboeffekt kan vi redan nu se en stark effekt av ljusbehandlingen. Ungdomarnas humör har signifikant förbättrats, säger Arne Lowden.

Text: Lotta Nylander på uppdrag av forskning.se

Läs mer

Posted in BMI

Ultrastarka gammastrålar kan ta oss bortom ljusets gränser

Den nya metoden gör det möjligt att framställa gammastrålar på ett högeffektivt sätt, jämfört med dagens teknik. De nya superstrålarna kan ta oss bortom ljusets tidigare gränser, och banar väg för ny grundläggande forskning, menar Arkady Gonoskov, forskare på institutionen för fysik på Chalmers.

– När vi tar oss förbi de begränsningar som finns i dag, kan vi undersöka naturens byggstenar på ett ännu djupare plan. Vi kan dyka ner i atomkärnans djup.

När en laserstråle har tillräckligt hög intensitet och alla omständigheter är rätt, kan fångade partiklar (gröna) på ett effektivt sätt göra om laserenergi (ytorna i rött, orange och gult) till kaskader av extremt energirika fotoner (rosa). Bild: Chalmers

Under flera år har chalmersforskare arbetat fram den nya metoden tillsammans med forskare från ryska Institute of Applied Physics och Lobachevsky University samt brittiska University of Plymouth.

Fysiker inom olika fält, samt dataspecialister, har med gemensamma krafter lyckats skapa de numeriska modeller och analytiska beräkningar som behövs för att simulera ultrastarka gammastrålar på ett nytt och lite oväntat sätt.

Ljus som beter sig besynnerligt
Som regel kommer partiklar som träffas av en laserstråle, med hög effekt, att åka iväg åt olika håll. Men om lasern är tillräckligt intensiv och alla parametrar är rätt, har forskarna upptäckt att partiklarna i stället kan fångas av laserljuset. De formar då ett moln där partiklar av materia och antimateria skapas från energin i laserljuset, och börjar bete sig på ett säreget och väldigt ovanligt sätt.

– Molnet med de fångade partiklarna omvandlar laserenergin till en kaskad av fotoner som har extremt högt energiinnehåll. Fenomenet är mycket oväntat och det är häpnadsväckande att fotonerna uppnår så hög energi, säger Mattias Marklund, professor på institutionen för fysik på Chalmers.

Forskningsresultaten är högintressanta för de storskaliga laseranläggningar som just nu utvecklas på flera håll i världen. De mest intensiva ljuskällorna på jorden kommer att finnas vid den typen av forskningsanläggningar, som är stora som fotbollsplaner.

– Vårt koncept finns redan med i det experimentella programmet för en sådan anläggning: Exawatt Center for Extreme Light Studies i Ryssland. Vi vet ännu inte vart våra resultat kommer att leda forskningen, men vi vet att det finns en hel del att upptäcka inom kärnfysik, till exempel nya energikällor. Inom grundforskningen kan du sikta på något, men i slutändan hitta något helt annat – som är mer intressant och viktigt, säger Arkady Gonoskov.

Artikel: Ultrabright GeV Photon Source via Controlled Electromagnetic Cascades in Laser-Dipole Waves,

Spelen som är mest beroendeframkallande

Reglering och initiativ för ansvarsfullt spelande bör fokusera på dessa spelformer, menar forskarna bakom studien om spelberoende.

– De första tre är spelformer där man kan spela utan avbrott i långa perioder. Man kan koppla bort världen utanför och leva sig in i spelet. Det ger spänning samtidigt som det är avkopplande, säger Per Binde, socialantropolog vid globala studier.

En ond cirkel
Enligt Per Binde är flyktspelande vanligt bland dem som har spelproblem. Spelaren flyr från oro, ångest och problem i livet. Det är då de ekonomiska problemen börjar, och då har man ännu större anledning att fly från verkligheten.

Det blir en ond cirkel som liknar alkoholberoende.

Posted in BMI

Musslor i Östersjön lika stora utsläppsbovar som 20 000 mjölkkor

Utsläppen av växthusgaser ökar samtidigt som vi inte vet var de kommer ifrån och hur de tas upp i havet. Havsbottnar har visat sig vara viktiga bidragsgivare för de två kraftigt verkande växthusgaserna metan och kväveoxid. Växthusgaserna frigörs först till vattnet och transporteras vidare till atmosfären, där de orsakar klimatförändringar.

En studie gjord av forskare från Stockholms universitet och Cardiff University visar att musslor och maskar ökar frisättningen av metangas upp till åtta gånger mer jämfört med havsbottnar fria från djur.

– Det låter kanske lite kul, men små djur på havsbottnen kan fungera som kor i ett stall. Båda släpper ut mycket metan på grund av bakterierna de har i tarmen, säger doktor Stefano Bonaglia, försteförfattare till studien och forskare vid Institutionen för ekologi, miljö och botanik, Stockholms universitet.

Forskare från Stockholms universitet tar sedimentprov från havsbotten utanför Askö i Sörmland. Foto: Alessandra Vicenzi

– Våra uppskattningar visar att 10 procent av de totala metanutsläppen från Östersjön kan komma från musslor. Detta motsvarar metanproduktion från cirka 20 000 mjölkkor eller 7 procent av de svenska mjölkkorna. De här små men väldigt många djuren kan spela en viktig, men hittills försummad, roll för att reglera utsläppen av växthusgaser i havet.

En del av dessa marina organismer är också en viktig livsmedelskälla för människor eftersom det finns omfattande skaldjursodling i Sverige.

– Vår studie visar att musslor väsentligt bidrar till att öka utsläppen av metangas från sediment på havsbotten. Även om vårt fokus varit på en musselart i Östersjön som inte odlas kommersiellt är resultaten ändå relevanta för debatten om hur storskalig havsbaserad musselodling påverkar ekosystemen och klimatet, säger Stefano Bonaglia.

Läs artikeln i Scientific Reports