Projekter vi har finansieret

Havet har voksende betydning som kilde til bæredygtige resurser. Der høstes årligt over 20 millioner tons tang fra havbrug især i Asien, men også på vore breddegrader. Tang kan anvendes til foder og gødning i landbruget og som energikilde. Tangs cellevægge er opbygget af fibre svarende til, men kemisk forskellige fra cellulose i landplanter og miljøvenlig nedbrydning heraf kræver nye enzymer. I nogle tangtyper udgør alginat 40% af tørstoffet. Mennesker indtager årligt omkring 40000 tons alginat som fortykningsmiddel i fødevarer eller indkapsling af medicin, kosttilskud, m.m. Der er behov for at finde flere alginatnedbrydende enzymer og forstå deres virkemåde bla for at fremstille bestemte oligosaccharider til anvendelse i kemisk synteser og nedbrydning af bakteriefilm i cystisk fibrose patient-lunger. Visse bakterier, der lever på tang, har alginatnedbrydende enzymer og vi har fundet lignende enzymer i nogle få tarmbakterier, som kan omdanne alginat til stoffer der er gavnlige for os mennesker. I projektet skal der findes nye alginatnedbrydende enzymer, dels vha kunstig intelligens til at lede i databaser efter strukturelle træk fra disse enzymer, dels ved at undersøge indsamlede marine bakterie og lede i et genkatalog over mere end 1500 bakterier fra fæces. Vi vil finde frem til effektive enzymer og vha af eksperimentelle og computerbaserede teknikker undersøge deres struktur og virkningsmekanisme samt afdække hvordan de spiller sammen i nedbrydning af forskellige alginater.

Stabile kemiske forbindelse kan betragtes som dale i et energilandskab, hvor termodynamiske parametre som grundstofsammensætning, temperatur og tryk udgør koordinaterne. For kemiske forbindelser af typen lanthanid-nitrider, findes et stort område af potentielle nitrogen-rige forbindelser, som stort set er uudforsket. Forklaringen er, at det kræver meget ekstreme betingelse for at bryde bindgerne i nitrogen-molekyler, men under højt tryk ændres landskabet markant. Hypotesen er, at talrige eksotiske forbindelser venter på at blive opdaget. De kan tænkes at byde på helt nye måder at danne kemiske bindinger end man normalt observerer i nitrider. Koblet med metaller fra serien af lanthanider, som er notoriske for deres alsidige og stærke magnetiske egenskaber, er fundamentet lagt spændende opdagelser i en bredere forstand end ekstrem kemi. For at studere materialerne under tryk, bruges særlige diamant trykceller. Prøven i trykcellen beskydes med fokuserede laserstråler for at varme prøven til flere tusinde grader, så selv de højeste tinder i energilandskabet overkommes. Samtidig skydes der med intense Røntgenstråler, som afslører den atomare struktur mens prøven er tryksat og opvarmet. På den måde kan de kemiske processer følges og optimeres undervejs, ikke ulig hvordan en god kok smager på maden under tilberedningen. Velbekomme.

Dinitrogenoxid (N2O, lattergas) er en af de kraftigste drivhusgasser der forekommer naturligt, og havet udgør en tredjedel af den totale N2O emission til atmosfæren. N2O produceres biologisk af mikroorganismer via nitrifikation og denitrifikation hvori lave iltkoncentrationer begunstiger N2O produktionen. Derudover formodes N2O-forbrug udelukkende at ske via denitrifikation og er begrænset til anoxiske forhold. Der er dog havområder, hvori N2O er undermættet i det oxiske overfladevand, hvilket tyder på en hidtil ukendt konsumering af N2O. Tre forskellige pathways kan være ansvarlig for denne fjernelse af N2O, (i) en ilt-tolerant denitrifikation, (ii) mikroorganismer der optager N2O via N2-fiksering, eller (iii) en oxidation til nitrit. Disse muligheder er kun blevet demonstreret indirekte, derfor har dette projekt til formål at karakterisere og kvantificere hvilken pathway der er ansvarlig for fjernelsen af N2O i havoverfladen, hvad den kontrollere og reaktion på klimaforandringerne, der kombinerer rene kulturundersøgelser og inkubationer med naturlige samfund, metagenomisk og -transkriptomisk minedrift i havområder med N2O konsumering.

Bindinger mellem atomer er grundlaget for kemi. Til trods for dette, så er der mange par af grundstoffer, der aldrig er blevet bragt til at danne kemiske bindinger indbyrdes. I dette projekt udvikles en metodik, der kan føre til realisering af mange af de hidtil ukendte kemiske bindinger. Ved at karakterisere disse nye ”sammensmedede” bindinger strukturelt, vha. spektroskopi og teoretisk vil vi opnå fundamental indsigt i den kemiske binding. I tilgift, så vil introduktionen af nye bindinger også give mulighed for at lave meterialekemiske fremskridt ved at optimere f. eks. magnetiske, katalytiske eller elektroniske egenskaber. Konkret efterstræber vi de første eksempler på bindinger mellem møntmetallerne guld og sølv på den ene side og tunge grundstoffer som de sjældne jordarter og uran på den anden side. Hvis det lykkes at fremstille molekyler med disse ukendte bindinger vil det på samme tid give nogle konkrete studieobjekter, der vil vække nysgerrigheden i mange kemikere, men vigtigere endnu, så vil det bekræfte vores metodik til sammensmedning af bindinger og derved åbne meget vide horisonter for videre gennembrud.

Globale klimaforandringer ændrer betingelserne for livet i havene: temperaturen stiger, iltfattige områder spreder sig, primærproduktionen af havets encellede planter forandres, etc.. Vi har en god videnskabelig forståelse af disse fysiske og kemiske processer og deres betydning for encellede planktonorganismer. Vi har derimod sværere ved at forudsige havenes fremtidige potentiale for at producere fisk for at kunne ernære den voksende globale befolkning. Ydermere vil vi også gerne vide noget om forandringer i hvilke typer fisk der dominerer fremover: bliver der flere små fisk – som sild og brisling – eller bliver der flere store fisk, som tun? Bliver der flere bund-levende fisk som torsk, eller flere pelagisk fisk, som makrel? Og vil vi kunne udvikle nye ressourcer, såsom tiarmede blæksprutter? At forberede os på de kommende ændringer i havene kræver forudsigelser fra globale matematiske modeller, på samme måde som vi bruger matematiske modeller af epidemier til at designe de optimale tiltag for samfundet. I ”Future Oceans” vil vi udvikle en matematiske model og lave scenarier for de globale ressourcer til fiskeri. Modellen vil blive anvendt til at understøtte rapporterne i de tvær-nationale paneler omkring klimaforandringer (IPCC) og biodiversitet og økosystemer (IPBES).

Små isolerede populationer er i fare for at uddø p.gr.a. kombinerede effekter af indavl og demografiske og økologiske faktorer, og problemerne forventes at blive forstærket af klimaforandringer. Indavl kan kun imødegås gennem naturlig migration eller aktiv transplantation ("genetic rescue") fra ubeslægtede populationer. Transplantation indebærer dog risiko for andre problemer, "udavlsdepression", i tilfælde af store tilpasningsmæssige eller andre genetiske forskelle mellem modtager- og donorpopulationer. Vi vil gøre brug af den revolutionerende udvikling indenfor genomforskning og bioinformatik og specifikt teste brugbarheden af en metode til at identificere indavl ("runs of homozygosity", ROH), baseret på analyse af genomiske data fra forskellige fiskearter og -populationer med forskellig demografisk historie, inklusiv nylige flaskehalse. Vi vil dernæst fokusere på den truede sommerfugl hedepletvinge (Euphydryas aurinia), hvor habitatfragmentering kan have ført til isolation og indavl. Vi vil sekventere genomer og analysere ROH med henblik på at detektere indavl, samt estimere genflow og divergenstid samt lokal selektion og tilpasning mellem populationer. Disse data kan direkte bruges til at vurdere, om der er behov for genetic rescue, og om det er risikofrit eller der er fare for "udavlsdepression". Projektet vil således anvise nye veje for brug af genomiske data til at forvalte og bevare truede arter og populationer.

Elektronerne i atomer, molekyler og materialer er de partikler, som får stof omkring os til at ’hænge sammen’. Det er elektronerne, der bestemmer at to ilt atomer går sammen og laver den molekylære ilt, som vi alle indånder. Det er elektronerne, der er i spil i computerchips i lab tops og mobiler og søger for, at elektronik virker. Men hvordan bevæger elektronerne sig egentligt rundt? Og hvordan kan vi styre deres bevægelse? Det er de spørgsmål, som dette projekt kredser om. Spørgsmålene belyses ved at skyde korte laserpulser ind på materialer. Laserpulserne sætter gang i bevægelse af elektronerne på en tidsskala som er ufattelig kort – tidsskalaen er attosekunder. Et attosekund forholder sig til 1 sekund, som 1 sekund forholder sig til universets levealder. Hvor utroligt det end måtte lyde, så kan vi nu studere elektronerne på attosekund tidsskala. Vi kan så at sige optage en film af deres bevægelse. Det er vigtigt at vide, hvordan elektronerne bevæger sig. Det er vigtigt at kontrollere deres bevægelse. Indsigt i dette vil nemlig i fremtiden kunne bruges til at udvikle nye elektroniske komponenter, der er meget hurtigere end dem, vi har i dag – og hvem vil ikke gerne have en hurtigere bærbar?

Den teoretiske evolutionære proces ”progenese” er accepteret som den fremherskende vej til livsformer af mikroskopisk størrelse og / eller bibeholdt larveudseende: Eksempler er axolotlen, en padde, der har bibeholdt gællerne; tudsefiskens dværghanner; en række mikroskopiske dyregrupper; og mennesker som udsættes for hormonforstyrrende stoffer, der forårsager tidlig pubertet, mindre vækst eller sågar hjerneskader. Larven fra den knogleædende dybhavsorm Osedax modnes ligeledes hurtigt til en mikroskopisk dværghan med larvalt udseende, når den registrerer en voksen huns hormoner. Vi har nu opnået, at holde disse exceptionelle dyr i kultur og vil via en bedre forståelse af deres udviklingsproces søge indsigt i den genetiske orkestrering af progenese. Ved at sekvensere en række udviklingsstadier, vil vi generere kvantitative profiler af aktiverede og undertrykte gener og dernæst korrelere disse geners udtryk med en detaljeret beskrevet udviklingslinje af kønsorganer og organsystemer. Hermed vil vi kunne identificere genetiske nøgleaktører og nærmere definere signifikante stadier i den hanlige og hunlige udvikling. Dette vil endelig give os mulighed for at teste, om den hanlige progenese virkelig starter med en tidlig kønsmodning efterfulgt af en opbremsning i organernes udvikling og vækst, og om denne opbremsning sker synkront i alle organsystemer - som forudsagt i den bredt accepterede, men dårligt dokumenterede progenese-teori.

Tandhvaler, såsom marsvin og delfiner, har ekstremt god hørelse, som de bruger til at kommunikere, orientere sig og finde bytte med. Studier af deres hørelse har indtil videre kun været muligt med trænede dyr i fangenskab. Der vides ikke, om deres hørelse er den samme når de er i bevægelse og dykker til store dybder. Det lykkedes for nylig for os for første gang at få fysiologisk data på et trænet marsvin (Phocoena phocoena) i bevægelse. Her udvider vi dette projekt til også at inkludere vilde dyr af to forskellige arter tandhvaler. Vi samarbejder med danske forskere med lang erfaring med at indfange vilde marsvin, hvor vi kan sætte en datalogger fast med sugekopper. Dataloggeren indsamler hørelsesdata over nogle timer eller dage. Vi samarbejder også med amerikanske forskere som ligeledes har lang erfaring med at indfange vilde øresvin (Tursiops truncatus). Her bliver vores datalogger brugt til at indsamle data om hørelse fra vilde delfiner for første gang. Dette åbner for første gang op mulighederne ved at studere hvordan hørelse fungerer i vilde, frit svømmende tandhvaler.

Vi ønsker at forstå de blå lyn som ofte ses i toppen af tordenskyer, og som kan slå langt op i stratosfæren til 50 km højde. Vi har ikke kendt til dem så længe, og forstod først hvor meget blå aktivitet man kan se i toppen af en tordensky, da den danske astronaut, Andreas Mogensens, videofilmede et tordenvejr fra Den International Rumstation i 2015, Vi har siden, med the Atmosphere-Space Interactions Monitor (ASIM), set et væld af storme med blå aktivitet. ASIM er ledet of DTU Space og blev sendt op i 2018. Med projektet vil vi undersøge, hvordan de blå lyn hænger sammen med den mere almindeligt kendte lynaktivitet, hvilke forhold i atmosfæren, der generer dem og hvordan de påvirker mængden af ozon og andre drivhusgasser i atmosfæren.