Mikrochip ökar förståelsen av markens upptag av koldioxid
- Diarienummer
- FFL18-0089
- Projektledare
- Hammer, Edith
- Start- och slutdatum
- 200401-250331
- Beviljat belopp
- 12 000 000 kr
- Förvaltande organisation
- Lund University
- Forskningsområde
- Bioteknik, medicinsk teknik och teknik för livsvetenskaperna
Summary
Jord är en viktig aktör i den globala koldioxidbudgeten. Mänsklig markanvändning är en viktig faktor som kan resultera i både ökade och minskade utsläpp av koldioxid till atmosfären. Nedbrytning av jordens organiska material styrs av mikroorganismer, men effekterna på dessa processer av markens mikrostrukturer är fortfarande okända. Min grupp har nyligen utvecklat skräddarsydda modellhabitat som framställs med hjälp av mikrofabrikationstekniker. Våra "jordchip" har en rumslig mikrostruktur som ger oss möjlighet att studera organismer och processer i jorden visuellt på mikrobernas storleksskala. I detta projekt kommer vi att designa chip utifrån nano-datatomografibilder från riktiga jordaggregat, inkludera rörliga komponenter och kemiska mikrodepåer, samt möjliggöra kemisk analys i dem genom spektroskopi. Med dessa chip vill vi öka vår förståelse av hur organisk material kan stabiliseras i marken genom att vara ”gömd” i markens por-labyrint, och av processen som bygger markens struktur, markaggregering. Vi vill även utveckla ett diagnostik-chip som kan användas för att testa markens hälsa genom dess mikrobers nedbrytningsaktivitet. Vårt projekt kommer att öka den mekaniska förståelsen av koldioxidcykeln i marken, och att ge oss viktiga argument för odlingstekniker som främjar kolinlagring för ett hållbart jordbruk.
Populärvetenskaplig beskrivning
Stigande koldioxidhalter i atmosfären förändrar världens klimat och hotar inte bara vårt välstånd utan hela vår tillvaro. Förutom att motverka nya utsläpp av koldioxid kommer vi behöva ta bort en del av CO2-överskottet från atmosfären. Det finns olika idéer för hur man skulle kunna lagra CO2 långsiktigt, men det finns även ett naturligt CO2-lager som ligger närmare till hands - marken. Marken är jordens största kolförråd, större än atmosfären och alla växter och djur tillsammans. Här ansamlas organiskt material av döda organismer som antingen bryts ned tämligen omgående, eller stannar kvar i månader, år eller t.o.m. århundraden. Nedbrytningsförloppet beror på hur lätt det är för mikroorganismerna att få tag i materialet, som kan vara undangömt i markstrukturen. Vi ska utveckla mikrofabricerade ”jordchip” som gör att vi kan studera markens mikroorganismer i realtid med ett mikroskop. Denna teknologi används inom medicin och bioteknologi, men är ny för att studera bakterier, svampar och små organismer i jorden. Vi har tidigare utvecklat en prototyp av ett sådant chip, som visat väldigt lovande preliminära resultat. Chippen fungerar som ett fönster till jorden, som gör det möjligt att observera jordorganismer samt de processer de styr i en autentisk miljö. Detta är ett stort framsteg eftersom det annars är svårt att se och studera processerna i marken. Vi vill förstå hur jordens strukturer bildas och hur kolet kan bli undangömt i komplexa labyrinter i markens struktur. Vi vill nu bygga mer realistiska mikrostrukturer med hjälp av datatomografidata från verkliga jordaggregat, inkludera rörliga strukturer i chippen, småskaligt fördelade näringsdepåer, och lägga till fönster så att vi ska kunna mäta kemiska förändringar via spektroskopi. I chippen kan vi studera mikroorganismernas tillväxt, koltransport, och även nedbrytning av organiskt material, live exakt där processerna händer. Vi vill även på sikt utveckla ett fält-testchip som ska användas som diagnosverktyg för markens hälsa. Mot projektets slut kommer vi mycket bättre förstå vilka sorters markstrukturer som ökar jordens kolförråd, kommer då kunna översätta det till rekommendationer till jord- och skogsbruket om hur de bäst ska bruka marken. En ökning av jordens kolförråd med bara 4‰ årligen skulle kunna utjämna alla mänskliga fossilutsläpp – en stor chans att begränsa och motarbeta klimatförändringar.