Presentation av föreläsaren
Pia Lindberg är lektor i mikrobiell kemi vid institutionen för kemi på Ångströmslaboratoriet vid Uppsala universitet och forskar på hur vi kan använda naturens egna processer för att skapa hållbara lösningar för framtidens energi. Hon ska hjälpa oss att förstå de stora kretsloppen i naturen, fotosyntesen och även berätta kort om COP16:s resultat om biologisk mångfald och dess mål.

Pia Lindberg pluggade molekylär bioteknikprogrammet i Uppsala och blev civilingenjör. Sedan valde hon att fortsätta forska och disputerade i Uppsala. Hennes forskning idag är ganska lik den hon arbetade med redan då. Hon har varit postdoc i Frankrike, Paris, och i Berkeley, Kalifornien, innan hon återvände till Uppsala för att bedriva sin egen forskningsverksamhet.

Titeln på föredraget är bred och generell. Hon kommer att prata om sin forskning, men börjar med att förklara grunden till varför de gör det de gör.

Föredraget "Att använda naturen för hållbara lösningar"
En viktig aspekt är de planetära gränserna, ett koncept som först presenterades av Johan Rockström och hans medarbetare 2009 från Stockholm Resilience Center. Det handlar om hur belastningen på planeten ser ut i förhållande till vad de planetära systemen tål.

Det finns olika typer av miljöbelastning, till exempel näringsämnen som kväve och fosfor, klimatpåverkan genom koldioxidutsläpp, och biologisk mångfald. Genom att titta på historiska data kan man se att vissa belastningar har ökat drastiskt över tid. Innan vi hade mänsklig påverkan befann vi oss i den stabila zonen, där vi vet att planetens system är stabila och kommer att fortsätta fungera. Genom mänsklig aktivitet har vi ökat belastningen. På 1960-talet fanns redan föroreningar och kemikalieutsläpp som överskrider vad som är en säker nivå för våra stabila system. Också inom biologisk mångfald var vi redan på den tiden på god väg att gå mot ett instabilt system men klimatpåverkan och havens försurning var fortfarande inom säkra gränser. År 2020 har belastningen ökat så mycket att vi nu befinner oss utanför den säkra zonen för flera områden.

För vissa områden ligger vi långt över; klimat och biologisk mångfald, kväve- och fosforutsläpp och föroreningar. Och man kan också se att vissa accelererar påverkan ganska snabbt bara från 2020 till 2024. En specifik acceleration som man kan se är att Ph-värdet i haven ökar ganska snabbt på grund av koldioxidutsläppen.

En viktig aspekt av detta är biologisk mångfald. Vad innebär egentligen biologisk mångfald? Ofta pratar man om utrotning av arter, rödlistning och antalet arter, men det innefattar mycket mer. Det handlar även om genetisk mångfald inom arter, variation inom populationer och mångfald på ekosystemnivå. Hur mycket genetisk variation finns inom ekosystem och hur överlappar de med varandra?

Det handlar också om arternas funktion i ekosystemen. En art kan ha en specifik funktion, och olika arter kan komplettera varandra. Det är därför viktigt att förstå spridningen av arter, inte bara hur många som finns, utan också var de finns. En art kan vara livskraftig globalt men ha minskat lokalt, vilket påverkar ekosystemens stabilitet.

Geografiskt kan olika populationer fortfarande ha kontakt med varandra, vilket bidrar till stabila ekosystem och hållbara populationer av olika arter. Ett exempel på detta är havsuttrarna i Kalifornien. Under 1800-talet och början av 1900-talet jagades havsuttrarna intensivt på grund av deras mjuka och värdefulla päls. Som en av de tidigaste skyddsåtgärderna i USA beslutades det att skydda arten från fortsatt jakt.

Forskare upptäckte då att de stora tångskogarna längs kusten, som tidigare varit rika på marint liv, också hade minskat kraftigt. Sambandet visade sig vara att havsuttrarna äter sjöborrar, vilka i sin tur livnär sig på tång. När havsuttrarna försvann, ökade sjöborrarnas populationer och åt upp tången, vilket ledde till ekosystemets kollaps. När havsuttrarna återhämtade sig, återvände även tångskogarna och det marina livet. Detta är ett exempel på hur en enda art kan vara avgörande för ett helt ekosystem.

Ekosystemtjänster är fördelar som vi människor får av ekosystemen. Det är mycket större än effekterna som en art har på ett visst ekosystem och handlarom hela livsmiljön på planeten.

I diskussionen om ekosystemtjänster delas dessa ofta in i fyra kategorier: försörjande, reglerande, kulturella och stödjande tjänster. Stödjande ekosystemtjänster omfattar grundläggande processer som fotosyntes, vattnets kretslopp och skapandet av näringsrik jord, vilket möjliggör jordbruk och livsmedelsproduktion. Pollinering av växter är ett tydligt exempel på en försörjande ekosystemtjänst som direkt påverkar livsmedelsproduktionen.

Reglerande ekosystemtjänster inkluderar vattenrening, skydd mot erosion och översvämningar. Våra ekosystem fungerar som naturliga buffertar som hjälper till att mildra effekterna av klimatförändringar och extrema väderförhållanden. Kulturella ekosystemtjänster omfattar de fördelar som människor får genom rekreation, friluftsliv och ekoturism, vilket bidrar till välbefinnande och hälsa.

Den biologiska mångfalden är avgörande för att dessa ekosystemtjänster ska fungera.

Vilka ekosystemtjänster är då de viktigaste? Är det rätt att sätta ett pris på en viss ekosystemtjänst? Om frågan besvaras med ja; vad är då ett rimligt värde?

Ett initiativ för att skydda biologisk mångfald är "The Global Biodiversity Framework" från 2022, som lanserades vid COP15 i Kunming-Montréal. Enligt denna överenskommelse ska 30 % av världens land- och havsområden skyddas till 2030. Dessutom ska 30 % av förstörda ekosystem återställas. Trots att detta är ambitiösa mål finns utmaningar kring finansiering och rättvis fördelning av resurser och vinster mellan länder. Men det finns hopp om att det ska hittas lösningar.

Människans påverkan på ekosystemen är omfattande. Exempelvis utgör människor och deras tamdjur 96 % av biomassan av däggdjur på jorden, medan vilda däggdjur endast står för 4 %. Dessutom har 45 % av världens skogar försvunnit under det senaste århundradet, vilket begränsar livsutrymmet för många arter.

För att bevara biologisk mångfald och säkerställa ekosystemtjänsternas fortsatta funktion behöver vi skydda och återställa ekosystem samt hitta hållbara sätt att samexistera med naturen.

Den största frågan just nu är förstås klimatförändringar. Ni kommer ihåg havsuttrarna som nämndes tidigare, och att kelpskogarna återhämtade sig när man slutade jaga havsuttrar. Men nu minskar de igen när vattentemperaturen stiger och inte längre passar för de växter och djur som lever i den miljön. Klimatförändringar är nu det största hotet mot de här undervattensskogarna och en massa andra livsmiljöer på planeten.

Användning av fossila bränslen leder till klimatförändringar. Vi kan titta på det här över tid. Man kan borra ner i inlandsisen i Antarktis. Om man borrar 3 km ner går man 800.000 år tillbaka i tiden. Man kan titta på gasbubblor i isen och se hur växthusgaser såg ut och hur temperaturen varierade bakåt i tiden. Då kan man se att koldioxiden går mellan 200 och 250 PPM upp och ner. Metan går också upp och ner och temperaturen går upp och ner och de här kurvorna följer varandra: högre temperatur, högre halter av gaserna; lite lägre temperatur, lägre halter.

Idag ligger vi på över 420 PPM koldioxid i atmosfären. Ett observatorium på Mauna Loa-vulkanen i Hawaii har under ganska lång tid observerat gaser i atmosfären och följt dem. Här kan vi se koldioxidhalten har gått från 415 till över 425 PPM från 2021 till 2025.

Den mesta av fotosyntesen, den process där växterna omvandlar solljus, vatten och koldioxid till syre och energi, sker på norra halvklotet. Våra stora skogar på norra halvklotet tar upp en stor del av koldioxiden under sommarhalvåret och minskar under vintern. Haven absorberar också en stor del, men utan samma säsongsvariation. Därför pendlar koldioxidhalterna upp och ner över året, men den totala trenden är att de ökar.

Anledningen till att vi använder fossila bränslen är den oljebaserade produktionen av bränslen och andra produkter. Vi använder fossila resurser till exempelvis polymerer, plast, hudvårdsprodukter, tvättmedel, tensider, mediciner och livsmedelstillsatser. För att minska användningen av fossila resurser behöver vi ersätta dem, men med vad?

Olja består av biologiska molekyler, samma som de som finns i levande organismer. Naturen har en enorm mångfald av molekyler som kan användas. Skyddet av biologisk mångfald är viktigt, inte bara för ekosystemen utan också för att vi kan använda dessa molekyler för att tillverka det vi behöver.

Fotosyntesen är central i detta. Den omvandlar vatten, koldioxid och solljus till kolhydrater och syrgas. Denna process driver allt liv på jorden. Maten vi äter kommer ytterst från fotosyntesen. Koldioxid tas upp och syrgas frisätts, vilket gör det till ett stabilt kretslopp så länge vi inte tillför extra koldioxid.

Vi kan använda fotosyntesen för att ersätta fossila resurser genom växtbaserad produktion av bränslen och kemikalier, exempelvis genom att odla vete, utvinna socker, mata jästceller, fermentera och destillera etanol. Två problem med detta är dock markanvändning, då det konkurrerar med matproduktion, samt energibalansen, då processen har många steg.

Pia Lindbergs forskning syftar till att göra detta mer resurseffektivt genom att använda cyanobakterier, fotosyntetiska mikroorganismer som finns över hela planeten. De var de ursprungliga upphovsmakarna till fotosyntesen innan växter tog över förmågan. Cyanobakterier kan växa snabbt och producera mycket biomassa, vilket gör dem intressanta för biotekniska applikationer.

Pia Lindbergs forskningsteam odlar cyanobakterier i bioreaktorer för att få dem att producera kolväten och andra kemikalier som kan ersätta fossila resurser. Genom att genetiskt modifiera bakterierna kan de få dem att producera nya ämnen. Dessa produkter kan sedan utvinnas direkt från cellerna, helst i gasfas för att minska processning och öka utbytet.

Detta kan inte helt ersätta fossila resurser, men det kan vara en del av en hållbar lösning. Forskningsteamet använder genteknik för att modifiera cyanobakterier och få dem att producera specifika ämnen genom att införa nya enzymer och reaktionsvägar. Biodiversiteten är en resurs som kan hjälpa dem identifiera gener och processer för att tillverka de ämnen vi behöver.

Just nu har Pia Lindbergs forskningsteam på Ångströmslaboratoriet ett projekt för att tillverka flygbränsle i en soldriven process med hjälp av cyanobakterier och fotokemi.