Effects of climate change on the Calanus complex

Å forstå og å være i stand til å kvantifisere dynamikken i de fire Calanus-populasjonene er avgjørende for å kunne produsere realistiske prognoser for klimaeffektene i det Nordatlantiske økosystemet. Vi har analysert utvalgte tidsserier for C. finmarchicus, C. helgolandicus, C. hyperboreus og C. glacialis gjennom perioden 1994-2012, som omfatter ulike breddegrader, vannmasser og sesongperioder i Skagerak, Norskehavet og Barentshavet. Statistiske modeller er utviklet, og analyseresultater foreligger for mellomårsvariasjon i mengde av Calanus finmarchicus og C. helgolandicus i Skagerrak gjennom 19 år og i de oseaniske vannmassene langs Svinøysnittet gjennom 17 år. Calanus i vårperioden på sistnevnte lokalitet viste seg nesten utelukkende å være C. finmarchicus. I tillegg til sesong- og mellomårsvariasjon, har vi for Svinøysnittet modellert hvilke effekter årlige variasjoner i starttidspunkt for sesongutviklingen har for populasjonsstørrelsen. Analyser av kystvannmassene, hvor også C. helgolandicus er vanlig, er nå under utvikling. Langs Fugløya-Bjørnøya snittet forekommer alle de fire Calanus artene. Vi har her gjennomført foreløpige analyser av mengden av de ulike artene, for ulike lokaliteter og sesongperioder. Estimerte langtidstrender for Calanus finmarchicus og C. helgolandicus i Skagerrak har blitt relatert til til miljø- og klimatrender, og det samme vil bli gjort for Calanus artene som forekommer langs Norskehavs og Barentshavsnittene. Mange dybdeoppløste planktonprøver har blitt opparbeidet innen ECCO. Basert på dette vil vi beskrive og sammenlikne vertikale fordelinger av de ulike Calanus artene for forskjellige områder og sesonger. Med dette vil vi avdekke ulike strategier med hensyn på timing av opp- og nedvandringer i forhold til basale livshistorieparametre som reproduksjon, beiting og predasjonsrisiko. Problemstillingene for feltaktiviteten i ECCO har vært knyttet til vertikal og horisontal fordeling av Calanus finmarchicus og C. helgolandicus i forhold til hydrografi, algesammensetning og potensielle predatorer, samt egenskaper ved dyrene som stadium og fettinnhold. Hvorfor lykkes de ulike artene i ulike områder? Lipidanalyser fra Norskehavet er avsluttet og resultatene analyseres og beskrives i disse dager. Lipidanalysene er gjort på et stort antall individer av copepoditt stadium IV, V og VI (hunner og hanner) fra dybdestratifiserte prøver tatt ned til ca 1500 meter. Lipidmaterialet er fordelt gjennom året. Genetiske analyser viser at begge artene er representert i lipidmaterialet fra alle sesonger. Sammenlikninger av hvordan fettmengden påvirker adferden til de to artene gjennom året kan dermed undersøkes i de videre dataanalysene. Foreløpige analyser av fettsyrene viser at det bare er små forskjeller i dietten til C. finmarchicus og C. helgolandicus fra samme lokasjon. Resultatene vil bli presentert på AGU/ASLO Ocean Sciences Meeting i februar 2016. På EuroBasin-toktet fra Norskehavet til Labradorhavet ble det samlet et betydelig materiale av alle de fire Calanus-artene og dette analyseres med hensyn på lipidsammensetning i dyr fra ulike mljø. Lipidsammensetningen vil gi oss informasjon om energistatus, mengden av lagringsfett og lipid-biomarkører som skal brukes til diettstudier. For å sikre at identifikasjonen av de mest like Calanus-artene var korrekt, ble dyrene identifisert genetisk. Gjennom eksperimentelle studier med Calanus finmarchicus og C. helgolandicus har vi undersøkt om disse viste noen forskjell i fluktrespons og hvordan denne endret seg med små økninger i temperatur, noe som gjenspeiler global oppvarmings-scenarier. Vi har også gjennomført eksperimenter for å vurdere hvordan temperaturen påvirker den metabolske raten hos disse to artene, og også hvordan tarmens pH (en proxy for fordøyelsesenzymers effektivitet) er relatert til temperatur. Vi gjennomførte en serie av opportunistiske forsøk med C. finmarchicus som var infisert med den parasittiske dinoflagellaten Blastodinium spp.. Modeller som inkluderer en finskala representasjon av de fysiske egenskapene til økosystemet samt biogeokjemi og de viktigste komponentene i økosystemene er omtalt som end to end modeller (E2E). NORWECOM.E2E modellen er under kontinuerlig utvikling for å bli en slik end to end modell av økosystemet i Norskehavet, og inneholder nå C. finmarchicus, C. hyperboreus, sild, makrell og kolmule og testmoduler for krill, amfipoder, lodde samt larver av sild, makrell og kolmule. Det har blitt fokusert en del på å forenkle eksperimentoppsett og kjøretid, og dette har gjort det mulig å kjøre langtidssimuleringer med ulike fysiske drivkrefter. I 2014 ble 2 arbeider basert helt eller delvis på norwecom.e2e publisert. Der studeres C. finmarchicus tetthet og produksjon i Barentshavet under dagens og fremtidig klima og sammenlignes med en 13 år lang tidsserie av C. finmarchicus.

Understanding and being able to quantify dynamics of the Calanus species complex are crucial for producing realistic forecasts of the climate change effects on the north-east Atlantic ecosystem, including fish stocks. The Calanus complex contains four spe cies (Calanus helgolandicus, C. finmarchicus, C. glacialis, C. hyperboreus) that dominate both warm and cold water herbivore communities along the North Sea to Arctic Ocean axis. Despite their morphological similarities, these species exhibit important di fferences in behaviour, size, fat metabolism and deposition, reproduction, overwintering, diapause, diet, susceptibility to predation, etc. It is not known precisely why a given Calanus species succeeds in one environment and not in another - arriving at a better understanding of this will allow us to better predict how the herbivorous communities of the northeast Atlantic will change in response to global warming. We propose to examine the underlying mechanisms and potential long term impact of changes in the Calanus complex at the three predefined adult and larval fish feeding grounds, and in the north-east Atlantic in general. We will do so by using historical data, process studies, experimental studies and ecosystem modelling. This Strategic Institu te Program will enable IMR to give better advice on the ecosystem effects of climate change. In particular changes in the dynamics at lower trophic levels, being the part of the ecosystem where the most pronounced climate induced changes are expected. New knowledge on Calanus species interactions and climate effects will improve our abilities to give advice under the ecosystem approach to fisheries management. Improved model simulation capabilities will enable forecasts of Calanus distribution and product ion in their present and new areas under a changing climate, with particular focus on feeding areas and spawning sites of commercial fish stocks.