Risodling är en stor biljett när det gäller utsläpp av växthusgaser. Ris är en basföda för mer än hälften av världens befolkning, och ris odlas nästan alltid i översvämmade risfält, vilket bidrar med 11 procent av allt mänskligt relaterat metan till atmosfären. Det uppgår till nästan 40 miljoner ton metan årligen.
Källan till den metanen produceras av bakterier som trivs i risfält, men forskare har upptäckt en konstig elektrisk livsform som avsevärt kan minska nuvarande miljöpåverkan. Denna livsform, känd som kabelbakterier, identifierades först i havet och har nyligen visat sig växa naturligt i fält bland risrötter i Asien och USA. Forskare kommer härnäst att ta reda på vilka förhållanden som gynnar kabelbakterier, vilket kan vara en spelomvandlare för att minska utsläppen.
[RELATERAT:Filippinerna blir första land som godkänner GMO 'Golden Rice']
Kabelbakterier, som leder elektricitet, bromsar metanproduktionen i marken. År 2020 upptäckte forskare att kabelbakterier minskade metanutsläppen med 93 procent i laboratoriejord där ris odlades. Kabelbakterierna störde maktbalansen i samhället av markmikrober och metanproducerande bakterier var de överväldigande förlorarna.
Metanproduktion är ineffektiv för bakterier; om det finns ett alternativ kommer de att ta tag i det.
"Metanproduktion är den sista utvägen för det mikrobiella samhället. När [mikrober] inte kan göra något annat, gör de metan, säger mikrobiolog Derek Lovley från UMass Amherst.
Bakterievänner med fördelar
Kabelbakterier är långa och tunna, deras kroppar är bara en cell breda. När de ses i mikroskop lyser de som spöklika hår som rinner från risrötter. Sättet de kontrollerar metan är genom att förändra markkemin. Kabelbakterier ökar nyttiga sulfater i jorden och håller den nivån stabil - inget sulfattillskott behövs. De skadar inte metanproducenterna direkt, men de skapar förutsättningar som tränger ut dem.
Mikrober är mycket konkurrenskraftiga med varandra, och när en typ blommar dör andra ofta ut. Om gräset på din gräsmatta är friskt är det svårare för ogräs att få fäste än det skulle vara i bar jord – detsamma gäller med mikrober. Det är därför vissa människor tar probiotiska kosttillskott för att hålla sina tarmar friska. På samma sätt, när kabelbakterier trivs i marken, matar de bakterierna som konsumerar sulfater, vilket stänger ute konkurrenter som annars skulle producera metan.
Som en sidofördel är kabelbakterier risvänliga eftersom de tar bort sulfider från jorden. Vincent Scholz är en elektromikrobiolog vid Aarhus Universitet i Danmark som deltog i båda ovan nämnda studier. Medan sulfat är ett växtnäringsämne, säger Scholz, är sulfid ett växttoxin och sänker spannmålsavkastningen. Och det är en dubbelriktad gata:risplantor hjälper också kabelbakterier genom att föra löst syre till kabelbakterier genom deras rotstrukturer.
Men att veta hur kabelbakterier fungerar deras magi är bara en del av lösningen. Vilka förhållanden gör en rismarkskabel-klar?
Vått eller torrt?
Forskare undersöker förhållanden som gynnar kabelbakterier. Till exempel, klarar sig kabelbakterier bättre när risfält kontinuerligt översvämmas – standardpraxis i USA – eller när risfält periodvis dräneras och översvämmas? Hur mycket syre behöver de?
Frågan om intermittent översvämning av risfält har legat på bordet i flera år, inte bara på grund av kabelbakterier. Alternativ vätning och torkning minskade metanutsläppen med upp till 90 procent i en studie från 2018. En studie från 2020 visade att omväxlande vätning och torkning minskade nettoväxthusgaserna, inte bara metan, med cirka 22 procent. Om denna fördel kunde kombineras med en hälsosam population av kabelbakterier skulle det göra ris mycket mer klimatvänligt.
Scholz säger att vattenförvaltning är avgörande. Kabelbakterier är noga med syreexponering. De är stressade om de lämnas i det fria men behöver lite syre för att överleva. Tricket är att hitta ett lyckligt medium som gynnar kabelbakterier och robusta risavkastningar. Att ytterligare undersöka vattenförvaltning är sannolikt nästa väg för jordbruksforskning om kabelbakterier.
[RELATERAT:Stretching California's Rice Belt]
En ny studie från Kina visar att kabelbakterier trivs när mer syre finns tillgängligt i vattnet. Kabelbakterier i syrerikt vatten var mer robusta, förökade sig snabbare och växte djupare ner i jorden. Fältstudier skulle kunna bygga på detta lovande resultat för att testa att tillsätta syre till vattnet i risfält. Vatten kan syresättas på lågteknologiska sätt, så metoden behöver inte vara dyr. Alternativ vätning och torkning kan också öka syrenivåerna i jorden.
När forskarna väl har räknat ut de ideala vatten- och syreförhållandena borde det finnas få tekniska utmaningar att använda kabelbakterier för att minska metanutsläppen vid risodling. Bönder vars rismarker innehöll inhemska kabelbakterier kunde skapa förhållanden som hjälper dessa nyttiga bakterier att växa. Jordbrukare utan kabelbakterier kunde så dem i jorden under fältberedning.
Scholz, som har odlat kabelbakterier i Tyskland och Danmark, säger att de är "mycket lätta" att odla. Hans kollega, Lars Peter Nielsen, som upptäckte kabelbakterier, tillägger att man kan odla "en kilometer kabelbakterier på en kubikcentimeter, och det är mycket."
Nielsen varnar dock för att gå före forskningen. Det finns fortfarande mycket att lära om kabelbakterier. "Och", säger Nielsen, "vi blir fortfarande chockade."
