När kvävet tryter i skogen lockar mossan till sig kvävefixerare

I en vanlig barrskog kan det finnas upp till tre ton mossa på en yta motsvarande två fotbollsplaner. Väggmossa och husmossa är de två absolut vanligaste arterna, och nu har ett svenskt forskarlag avslöjat ett knep som förklarar dessa mossors stora framgång. När de behöver extra mycket kväve skickar de ut kemiska locksignaler som gör att mossorna söks upp av symbiotiska, kvävefixerande cyanobakterier. Dessa mossor har därigenom ett stort inflytande på kvävetillförseln i näringsfattiga skogar på norra halvklotet.

Kvävetillförseln i världens nordliga barrskogar var något av ett mysterium fram till början av 2000-talet, då forskare vid Sveriges lantbruksuniversitet och Umeå universitet upptäckte en tidigare okänd mekanism för kvävefixering. I veck på väggmossans blad fann de stora mängder cyanobakterier* som kan fixera luftens kväve och göra det tillgängligt för växter. Genom denna symbios tillförs skogsmarken två kilo kväve per hektar och år.

Nu visar Guillaume Bay och kollegor vid Sveriges lantbruksuniversitet, Stockholms universitet, Naturhistoriska riksmuseet och Institutet för subarktisk landskapsforskning att det är mossorna som bestämmer i denna symbios, och att de därmed styr över kvävefixeringen i mycket stora områden runt norra halvklotet. De två vanligaste mossorna i barrskog, väggmossa och husmossa, utnyttjar båda denna typ av symbios, och de har en väldigt sofistikerad strategi. De erbjuder inte ständigt husrum åt bakterierna, utan lockar dem till sig bara då behovet av kväve är som störst, t.ex. inför sporbildning.

Lockandet sker i två steg. Först utsöndrar mossan ämnen som får cyanobakterier att bilda celltyper som kan röra sig, "motila filament", och sedan tycks den utsöndra en locksubstans som får bakterierna att simma mot mossan. Många mossarter kan utföra det första steget, men vägg- och husmossornas förmåga att locka till sig cyanobakterier är ett helt nyupptäckt fenomen. Björnmossa och kvastmossa, som också studerades, koloniserades inte alls av bakterierna.

– Våra resultat tyder på att skogarnas kvävetillförsel styrs helt av de kemiska signaler som vissa mossor skickar ut. Det mest spännande med de här studierna är nog ändå att de har gett oss många nya frågor som vi vill söka svaren på, säger SLU-forskaren Marie-Charlotte Nilsson Hegethorn, en av de forskare som gjorde den ursprungliga upptäckten av symbiosen mellan mossor och cyanobakterier. Vi vet t.ex. inte vad det är för slags kemiska föreningar som mossorna lockar med.

Väggmossa är sannolikt den kvävefixerare som har den största utbredningen på jordklotet. Att försöka förstå detaljerna kring hur mossornas kvävefixering regleras är därför viktigt om vi ska kunna förutspå och hantera många av de globala miljöförändringar som människan orsakar i kvävets och kolets kretslopp.

* Kallades tidigare blågröna alger

Mer information

Forskningen som redovisas här ingick i den doktorsavhandling som Guillaume Bay disputerade på vid SLU för en tid sedan. Han befinner sig för närvarande i USA, och frågor ställs lämpligen till Marie-Charlotte Nilsson Hegethorn, som har varit Guillaume Bays handledare under doktorandtiden.

Professor Marie-Charlotte Nilsson Hegethorn
Inst. för skogens ekologi och skötsel
Sveriges lantbruksuniversitet, Umeå
090-786 84 40, 070-55 666 04
Marie-Charlotte.Nilsson@slu.se

Guillaume Bays doktorsavhandling
Symbioses between cyanobacterial communities and feather mosses in boreal forests and consequences for dinitrogen fixation.
http://pub.epsilon.slu.se/10854/

Artikel i tidskriften New Phytologist
Boreal feather mosses secrete chemical signals to gain nitrogen. New Phytologist (2013) 200: 54–60. Guillaume Bay, Nurun Nahar, Matthieu Oubre, Martin J. Whitehouse, David A. Wardle, Olle Zackrisson, Marie-Charlotte Nilsson & Ulla Rasmussen. doi: 10.1111/nph.12403