Ansökan: Evolution av funktionella egenskaper hos vitmossor

Tidsperiod:

1 januari 2013 – 31 december 2015

Projektledare:

Håkan Rydin

Finansiär:

Vetenskapsrådet

Bidragstyp:

Projektbidrag

Budget:

1 800 000 SEK

För att kunna dra generella slutsatser om ekologiska processer i vissa ekosystem, tex myrmarker, vill ekologer kunna jämföra resultat från geografiskt skilda områden. Ett problem är att myrar i olika delar av världen hyser olika arter, men ändå är strukturellt väldigt lika och kännetecknas av samma processer. Att då använda artsammansättning för att beskriva mönster och förstå processer fungerar inte så bra utan vi måste flytta fokus från artnamnen till arternas egenskaper. I detta projekt vill vi belysa hur arternas morfologiska och fysiologiska egenskaper (funktionella egenskaper) kan förklara ekosystemens struktur och funktion. Som exempel använder vi vitmossor (eller torvmossor, släktet Sphagnum) som dominerar myrmarker på norra halvklotet.

Myrar är våtmarker som ansamlat flera meter tjocka lager av torv efter istiden. Den största delen av torven utgörs av vitmossor och det är mycket tack vare deras funktionella egenskaper som myrar överhuvud taget bildas. De har en fenomenal vattenuppsugningsförmåga och största delen av deras blad utgörs av döda celler som lagrar vatten. De bildar stora mängder av speciella organiska syror och fenoler som försurar och hämmar mikroorganismernas nedbrytningsprocesser. Därigenom skapar de en blöt, sur, näringsfattig och syrefri miljö som är förutsättningen för effektiv torvbildning.

Torvmarker är viktiga för den globala kolcykeln: Trots att de täcker bara 3% av världens landareal så motsvarar den lagrade torven ungefär 1/3 av mängden kol som finns som koldioxid i atmosfären och torven står för 1/4 av allt markbundet kol. I Sverige finns ca 40 vitmossarter och ett 20-tal arter dominerar myrmarkerna både i Europa och Nordamerika. Genom att studera vitmossarternas funktionella egenskaper kommer vi att kunna förstå varför arter med vissa egenskaper finns i vissa miljöer och hur dessa egenskaper påverkar miljöfaktorer i olika myrar. Ett exempel är att arter som växer på myrar med inflöde av kalkrikt vatten måste ha en fysiologisk tolerans mot högt pH. I kontrast måste arter som växer på högmossar tåla ett lågt pH. Högmossens växter är isolerade från inflödande markvatten och miljön är därför extremt näringsfattig. Mossorna där kan förväntas bilda stora mängder organiska syror; de kan nämligen avge vätejoner från dessa syror och i utbyte ta upp mineraler i extremt näringsfattiga miljöer. Så högmossens arter är inte bara toleranta mot näringsbrist och lågt pH - de skapar själva dessa betingelser!

Vi kommer att använda litteraturdata och egna experiment för att göra en katalog över funktionella egenskaper för så många vitmossarter som möjligt, med prioritet för arter som har stor global betydelse. De viktigaste egenskaperna är produktion av organiska syror och fenoler, vattenupptagning och vattenlagring, fotosyntesförmåga och tillväxt, motståndskraft mot mikrobiell nedbrytning, försurande förmåga samt förmåga att kunna bilda höga tuvor.

En intressant fråga är hur dessa funktionella egenskaper evolverar och hur de kan spåras tillbaka i vitmossornas släktträd. Här finns det två motstridiga hypoteser som vi vill testa. En hypotes är att funktionella egenskaper bevaras under evolutionen, så att ju närmare besläktade arterna är desto mer lika är de i sina egenskaper. Mothypotesen bygger på tanken att närbesläktade arter som från början är lika varandra kommer att vara starka konkurrenter eftersom de utnyttjar samma miljöer. Konkurrensen kommer att leda till att de divergerar under evolutionen eftersom individer som är något avvikande kan undvika konkurrensen. Närbesläktade arter kan som slutresultat därför förväntas ha olika funktionella egenskaper.