Af Niels Kroer, Tamar Barkay og Annette Møller

Man ved at kviksølv spredes via luften til Arktis, og at det ophobes i fødekæderne, men man ved ikke ret meget om hvad der egentlig sker med kviksølvet efter, at det er afsat på sne og is. En ny ph.d.-afhandling fra Danmarks Miljøundersøgelser (DMU) ved Aarhus Universitet har bragt os et vigtigt skridt videre.

De fleste undersøgelser af kviksølvproblematikken i Arktis har fokuseret på indholdet af kviksølv i arktiske dyr som fisk, sæler, isbjørne og mennesker og på atmosfærisk transport af kviksølv til de arktiske egne. Undersøgelserne har blandt andet vist at der hvert forår - når solen står op efter den polare vinternat - sker nogle kemiske reaktioner i atmosfæren som får kviksølvet i luften til at ”falde ned” på sneen og havisen (”atmospheric mercury depletion events”, AMDE). Hvad der herefter sker med kviksølvet, ved man imidlertid stort set intet om. Noget af det afsatte kviksølv bliver tilsyneladende frigivet igen til atmosfæren, mens noget ender i fødekæderne. Man forstår bare ikke hvad, og hvordan det sker. Men man har en mistanke om at bakterier i sneen og isen spiller en vigtig rolle. 

Fra undersøgelser fra tempererede egne ved man at nogle bakterier er modstandsdygtige (resistente) over for kviksølv, dvs. de kan omdanne organisk bundet kviksølv til kviksølv-ioner (Hg²⁺) og/eller luftformigt kviksølv (Hg⁰). Andre bakterier kan gøre det modsatte og omdanne kviksølv-ioner til organisk kviksølv. Om bakterier i arktiske områder kan gøre det samme, ved man ikke. Betydningen af bakterier for indbygningen og frigivelsen af kviksølv i de arktiske fødekæder er derfor stort set ubeskrevet. Man ved således ikke hvilke bakterier der eventuelt er tale om, og man kender ikke hastighederne hvormed de kan omdanne kviksølv. Det formodes, at bakterierne derfor er “The Missing Link” i det arktiske kviksølvkredsløb.

I forbindelse med ph.d.-projektet ”Bioaccumulation of Mercury in Arctic Food Webs  - The Missing Link” har vi undersøgt de bakterielle samfund i sne ved Station Nord i Nordøstgrønland. Endvidere er en lang række kviksølvresistente bakterier blevet isoleret og karakteriseret. De kviksølvresistente bakterier kan reducere (omdanne) Hg²⁺ til Hg⁰ og dermed medvirke til at frigive noget af det afsatte kviksølv tilbage til atmosfæren. 

Stor artsrigdom

Bakteriesamfundene i sneen er blevet karakteriseret gennem en kombination af avancerede dyrkningsteknikker udviklet i Danmarks Miljøundersøgelser (DMU) ved Aarhus Universitet og ”metagenomics”, hvor DNA fra bakterierne er blevet ekstraheret og sekventeret ved hjælp af såkaldt pyrosekventering. I alt har vi isoleret små 800 bakterier– hvoraf 71var kviksølv-resistente – og knap 350.000 små stykker DNA er sekventeret med henblik på at identificere hvilke arter af bakterier, som findes i sneen og en ferskvandssø i nærheden af Station Nord.

Generelt blev der ikke fundet ret mange bakterier i sneen - omkring 1.000-3.000 per ml smeltevand (i et g jord vil der typisk være 1.000.000.000 bakterier). Ikke desto mindre var diversiteten (artsrigdommen) forbavsende høj, og der var tydelig forskel mellem forskellige snedybder (se figuren). Ned igennem sneen sås således en faldende forekomst af proteobakterier og cyanobakterier, mens fusobakterier og firmicutes-bakterier var mere hyppige i de dybeste snelag. Et fald i antallet af grønalger med stigende snedybde blev også observeret (ikke vist på figuren). 

Diagrammet øverst viser hvilke typer bakterier, som findes i forskellige snedybder og i en ferskvandssø. ”Skelettet” nederst viser, at artssammensætningen var mest ens i de to øverste, mens den var mere forskellig i den dybe sne. Tilsvarende kan man se, at bakteriesamfundet i søen var meget forskelligt fra dem i sneen.

Meget resistente bakterier

Det faktum at de mikrobielle samfundsstrukturer ændrer sig med snedybden indikerer, at mikroorganismerne – trods de ekstremt lave temperaturer - ikke blot ligger i dvale, men rent faktisk er aktive. Sandsynligvis er samfundene indirekte påvirket af lyset, idet organisk kulstof dannet gennem algernes (og cyanobakteriernes) fotosyntese, og atmosfærisk kvælstof fikseret af cyanobakterierne, ”fodrer de andre bakterier med kul- og kvælstof til deres vækst. I det dybeste snelag kan kun lidt lys trænge ned, hvorfor ingen grønalger og kun få cyanobakterier (blågrønalger) findes her. 

Karakteriseringen af de kviksølvresistente bakterier viste, at de var endog særdeles resistente over for kviksølv til trods for at kviksølvkoncentrationen i sneen kun var omkring 60 ng per liter. Resistensniveauet svarer til hvad, man normalt finder hos bakterier i stærkt kviksølvforurenet jord. Beregninger antyder, at de resistente bakteriers aktivitet potentielt kan forklare op til 10 % af den reduktion af kviksølv (dvs. omdannelse fra Hg²⁺ til Hg⁰), som foregår nede i sneen.

Dette er helt ny information, idet man hidtil har troet, at foto-reduktion ved hjælp af sollyset spiller den helt afgørende rolle. Ved at omdanne kviksølv-ioner til luftformigt kviksølv er de resistente bakterier således med til at reducere grundlaget for de processer, som omdanner kviksølv-ioner til organisk kviksølv. Med den nye viden er vi kommet et vigtigt skridt videre i vores forståelse af bakteriernes rolle for kviksølvkredsløbet i Arktis. 

Undersøgelserne er udført i samarbejde mellem Danmarks Miljøundersøgelser (DMU) og Biologisk Institut, begge Aarhus Universitet med støtte fra Forskningsstyrelsen. 

Undersøgelserne fortsætter

Vi fortsætter nu undersøgelserne i et nyt EU-projekt, MERCTIC. Vi har indsamlet nye sneprøver i foråret 2010 og har målt koncentrationen af biotilgængeligt kviksølv (dvs. det kviksølv som bakterierne kan ”se”) i sneen ved hjælp af en såkaldt bio-reportørbakterie, der udsender lys proportionalt med koncentrationen af biotilgængeligt kviksølv. 

I løbet af efteråret 2010 vil vi i MERCTIC-projektet undersøge om optøning af permafrost jord – som følge af global opvarmning – vil føre til dannelse og udvaskning af organisk (methyl-) kviksølv. Skulle dette være tilfældet, vil det kunne få store konsekvenser for de højere havlevende pattedyr, idet det primært er methyl-kviksølv som ophobes i fødekæderne. Permafrostundersøgelserne vil blive gennemført i samarbejde med Geologisk Institut på Københavns Universitet. 

 Forskningschef Niels Kroer, tlf. 4630 1388, nk@dmu.dk

Bacterial reduction of mercury in the high Arctic. Møller, A.K. 2010. Ph.D. thesis. Department of Microbiology, University of Copenhagen & Department of Environmental Chemistry and Microbiology, National Environmental Research Institute. Full report in pdf (10 MB)

Artikler om kviksølv i Arktis i DMUNyt:

• Gæsteprofessor starter forskningsprogram om kviksølv i Arktis
• Danmarks Miljøundersøgelser, Aarhus Universitet - Kviksølv koncentreres i Arktis 
• På jagt efter kviksølvets ”missing link’ ved Station Nord 
• Doktorafhandling om forurening i havpattedyr i Grønland 

Årgang 14 nr. 15, 8. november 2010