Projekter vi har finansieret

Hvad betyder de store dyr (megafauna) for naturen verden over? Det spørgsmål vil MegaComplexity-projektet vil belyse. 80% af Jordens levende biomasse udgøres af planter, som derved også udgør grundstrukturen i de naturlige økosystem, især på land. Traditionelt tænkes vegetation som styret primært af klima, jordbund og vand, men det udfordres nu af stigende evidens for at megafaunaen kan være stærkt formende. Det er ukendt, hvor stærke og generelle sådanne megafauna-effekter på vegetation er, og det vil projektet belyse ved Big Data-analyser af satellit-data på vegetation samt data på megafauna, klima mm. Projektet vil desuden belyse om kompleksitet i megafaunaen (forskellige typer af plante- og kødædere) fremmer variation i vegetationen og dermed den samlede biodiversitet i landskabet. Projektet vil undersøge tre systemer: 1) Det globale netværk af naturreservater, dvs. etableret natur og rygraden i naturbeskyttelsesindsatsen. 2) De store områder verden over der hvert år udgår af landbrugsproduktion (bl.a. fordi folk flytter fra land til by), dvs. unge økosystemer, der repræsenterer en vigtig mulighed for at få mere plads til natur. 3) Udvalgte rewilding-projekter hvor der genindført megafauna i de sidste årtier, bl.a. Yellowstone, som eksperimenter på megafauna-effekter. Projektet giver herved indblik i hvordan naturlige økosystemer fungerer og vigtig baggrundsviden til, hvordan vi bedst designer naturgenopretning og forvalter verdens naturreservater og naturen generelt.

I permafrosten er gemt enorme mængder af kulstof, som kan frigives som metan til atmosfæren hvis permafrosten tør. Dette tænkes, at være den primære kilde til metan i fra Arktis, men opdagelsen af en hidtil ukendt kilde til metan - udledning af metan fra under Grønlands Indlandsis - kan ændre på denne opfattelse. Men der er mange ubekendte og indtil videre er fænomenet kun fundet to steder i Grønland. Derfor vides det reelt heller ikke hvordan produktionen af metan foregår under isen, hvor meget der udledes til atmosfæren, hvad oprindelsen er og hvor gammelt dette metan er. Det er disse grundlæggende spørgsmål vores forskningsprojekt, MetICE, søger at besvare. Vi ved fra tidligere ekspeditioner at smeltevandet er centralt for forståelsen af hvor meget metan der frigives til atmosfæren fra gletscheren. Vi ved også, at den metan der frigives minder om metan der produceres i vådområder og altså er biologisk. Vi vil derfor fokusere på at bestemme den totale udledning af metan fra et kendt kildeområde over flere smeltesæsoner ved at kombinere målinger af metan koncentrationen i luft og smeltevand med afstrømningen fra gletscheren. Samtidig vil vi med helt nye analyseteknikker til isotoper af kulstof og hydrogen bestemme alderen og oprindelsen af metanen der kommer ud under isen. MetICE vil lave den hidtil mest detaljerede undersøgelse af dette ukendte fænomen der kan bruges til at vise vigtigheden for atmosfærens indhold af metan.

Det overordnede formål med dette projekt er at opnå den første indsigt i de molekylære mekanismer bag CRISPR-Cas medieret celledvale. Celle-dvale er en vigtig forbigående fase for bakteriers håndtering af forskellige miljømæssige stressfaktorer. Den spiller en vigtig rolle i dannelsen af ”persister-celler”, som er forbundet med antibiotisk tolerance og tilbagevendende infektioner i mennesker. Mens vækstdvale i bakterier og eukaryote celler såsom humane cancerceller er studeret i udstrakt grad, ved man stort set ingenting om celle-dvale i arkæer. For nyligt er det blevet vist, at to ud af de seks typer af CRISPR-Cas antivirale immunsystemer kan udløse vækstdvale i bakterier og arkæer under nedkæmpning af virale infektioner; men den molekylære mekanisme bag den CRISPR-Cas medierede celle-dvale er ikke kendt. Dette projekt sigter mod at opnå den første indsigt i CRISPR-Cas medieret celledvale. Udfaldet vil blive en meget dybere forståelse af CRISPR-Cas immunitet og dvaletilstande i celler generelt.

Alle har hørt om ”kolesteroltal” og farerne ved forhøjet kolesterol. Forhøjet kolesterol er en hovedårsag til hjertekarsygdommer, men hvad færre tænker på er at kolesterol er en vigtig del af alle celler og nødvendig for en lang række af kroppens vigtige funktioner. F.eks. er hormoner som østrogen og testosteron dannet ud fra kolesterol. Kolesterol transporteres rundt i kroppen med blodet omgivet af en skal af fedt og protein. I kroppens celler bliver denne skal nedbrudt og kolesterolen indarbejdet i cellen. Dette er en fundamental process i cellen, ikke bare for mennesker, men for alle dyr og planter. Det første trin er at integrere kolesterol med cellens andre fedtstoffer i cellemembranen. Vi undersøger dette vigtige trin i processen ved brug af biofysiske og strukturbiologiske metoder såsom elektronmikroskopi og røntgenanalyse på partikelacceleratorer, også kaldet ”verdens kraftigste mikroskoper”, der gør det muligt at se den tredimensionelle struktur af biologiske prøver på atomart niveau. Vores arbejde leder til en bedre forståelse af mekanismerne bag kolesteroloptag, en process med stor medicinsk relevans.

Vi vil studere de mindste lamper, nemlig dem, som kun udsender en enkelt foton ad gangen. Når to sådanne lamper ("kvantelysudsendere") placeres tæt på hinanden kan der ske noget, som ikke sker for vores hverdagslamper: De kan beslutte sig for at udsende fotoner sammen i stedet for hver for sig, og dette samarbejde kan resultere i enten hurtigere eller langsommere udsendelse af fotoner end for individuelle lamper. De specifikke kvantelysudsendere som vi vil studere bor på to-dimensionelle krystallinske materialer, der kun er et enkelt atom tykke. Vi vil undersøge to typer, som blev opdaget for få år siden. Den første type lampe er et produkt af en defekt i krystallen, som udgør 2D-materialet. Den anden type lampe kan produceres ved at placere 2D-materialet oven på en samling af nano-søjler: Søjlerne deformerer 2D-materialet, og dette skaber fælder for lyspartiklerne, såkaldte "2D-kvanteprikker". Vi vil variere afstanden mellem lamperne, og vi vil på denne måde lære om vi kan få lamperne til at udsende lys sammen, eller om de typisk udsender lys individuelt. Ved at sammenligne teori og eksperimenter vil vi tillære os de fundamentale egenskaber af disse fascinerende kvantelysudsendere, som måske en dag vil spille en vigtig rolle i kvanteinformationsbehandling og i nye typer af lamper og sensorer.

Stjerner ligesom vores egen sol bliver dannet når mørke skyer af koldt støv og gas falder sammen på grund af tyngdekraften. På grund af rotationen af sådanne skyer vil en del af støvet og gassen samles i en skive omkring den unge stjerne, hvori planeter senere kan blive dannet. Ved at observere sådanne skiver med store radio-teleskoper kan astronomer studere hvilke fysiske og kemiske processer, der finder sted tæt på de helt unge stjerner og prøve at få svar på nogle af de store spørgsmål: Hvornår og hvordan bliver planeter dannet omkring unge stjerner? Hvilken indflydelse har kemien i gassen og på støvkornene i de tidligste stadier af stjernerne’s liv på strukturen af den planet-dannende skive? I dette projekt vil vi belyse disse spørgsmål ved hjælp af observationer fra radio-teleskopet “Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA)”. Disse observationer vil give et helt nyt indblik i de allertidligste stadier i processen der fører til dannelsen af stjerner og planeter og dermed give svar på nogle af de store spørgsmål om oprindelsen af vores eget Solsystem og de mange exo-planeter, der er fundet om andre stjerner inden for de senere år.

Molekylære mekanismer i den menneskelige celle er yderst detaljeret og fortsætter med at inspirere til nye molekylære designs ved hjælp af syntetisk organisk kemi. En af de største udfordringer er genskabelsen af cellulære receptorers funktion (signalering og internalisering) ved hjælp af syntetisk fremstillede molekyler. Dette afspejles i den minimale succes indenfor området. På nuværende tidspunkt er syntetisk internaliserende receptorer langt underlegne sammenlignet med deres naturlige analoger, når der måles på optag af cargo. Det har indtil nu kun vist sig at være succesfuldt i simplificerede celler der ikke undergår celle død. Det primære mål for dette projekt er at overkomme disse udfordringer og designe kunstige, syntetiske receptorer som kan præstere i primære celler (specifikt i hvide blodceller) samt i levende dyr.

Kontinentalhylden (shelfen) ud for Nordøstgrønland er stadig tæt på at være en hvis plet på landkortet med hensyn til områdets geologiske og klimatiske; end ikke dets nuværende hydrografi er velkendt! Dette projekt vil etablere en ny banebrydende og samlende forskningsindsats for at belyse den nyere geologiske, klimatiske og oceanografiske udvikling af NØ Grønlands shelf. Dette muliggøres fordi vi har adgang til et unikt materiale: I 2017 hjembragte vi i forbindelse med en af de største tværfaglige marineekspeditioner til regionen nogensinde ca. 2200 km overfladeseismiske profiler, >100 m sedimentkerner samt hydrografiske data og vandprøver fra 29 stationer på tværs af shelfen. Dette giver os nu en unik mulighed for at udføre en omfattende undersøgelse af den geologiske, oceanografiske og klimatiske udvikling af dette unikke område siden sidste istid.

I den menneskelige krop kommunikerer celler med sig selv og mellem hinanden, ved hjælp af molekylære switches i proteiner. Disse switches agerer som budbringere for cellernes informationsdeling. Vores forståelse af disse kommunikationsmekanismer er afgørende for at forstå aldringsproces og diverse sygdomme, som f.eks. kræft. Metoder til at studere disse switches er imidlertid stadig ufuldstændige. En effektiv metode til at studere proteiner er massespektrometri, som i de seneste år har muliggjort rutinemæssige og storstilet analyser af biologiske prøver. Dette er især blevet demonstreret i studier, der målte cellulær kommunikation ved fosforylering, hvor en lille molekylgruppe sættes til proteiner. I modsætning hertil forbliver cis-trans-isomerisering af aminosyren prolin, som er en anden formodet måde til cellulær kommunikation, hidtil undgået målt i stor skala. I dette forskningsforslag vil jeg udvikle en ny massespektrometribaseret metode til undersøgelse af prolin cis-trans-isomerisering. Mere specifikt, har jeg en intention om at udnytte iboende physico-kemiske forskelle i prolinisoformerne, for at differentiere dem gennem masse spektrometri, og på den måde gøre dem mulige at måle på et større skala. Den nye metode vil derefter blive brugt til at studere prolin-isomerisering i gærmodellers aldringssystemer, som er lette at genetisk manipulere. Fund fra disse modelsystemer vil give os indsigt i mekanismer til cellulær kommunikation og sygdomsudvikling hos mennesker.

Atomure er i dag de mest nøjagtige måleinstrumenter der findes. De måler tiden så nøjagtigt at de kan bruges til at teste Einsteins generelle relativitetsteori og tyngdekraftens forvridning af tiden helt ned under cm-niveau her på jorden. Det betyder at atomure ikke længere blot er tidsmålere, men i dag kan bruges som følsomme sensorer for fx magnetfelter og højdeforskelle og til kortlægning af undergrunden. Atomure bruges også til navigationssystmer (som fx GPS og Galileo), telekommunikation og finansielle transaktioner hvor usikkerhed i tid har store konsekvenser. Den videre udvikling af atomure er dog begrænset af de klassiske metoder der bruges til at realisere sådanne ure. Det giver støj i signalerne på grund af især termiske effekter i lasere og begrænset levetid af atomerne. Ved at gå til atomet på en fundamental anderledes måde er det dog muligt at lave et atomur som aktivt udsender lys på de meget smalle atomare overgange og undertrykker de klassiske begrænsninger. En sådan superradiant laser udnytter kvantekohærens mellem atomerne til at generere det lys som sidenhen bruges som ur. Det skal være et nøje afstemt maskineri og fungere kontinuært, med ultra-kolde atomer for at være brugbart. I projektet skal denne form for atomur for første gang realiseres, og karakteriseres for at demonstrere brugbarheden. Ved to-fold at udnytte den kolde atomstråle skal projektet desuden opnå høj præcision langt hurtigere end traditionelt og tillade mange-legeme sammenfiltring.