A novel cross-disciplinary approach to solve an old enigma: the food-web transfer of the mass-blooming phytoplankter Phaeocystis.

Fytoplanktonarten Phaeocystis pouchetii danner oppblomstringer langs hele norskekysten og inn i Barentshavet samtidig med, eller like etter, den årvisse våroppblomstringen av kiselalger. Arten er derfor en (potensielt) viktig karbonkilde for dyreplankton igjen er føde for større flercellede dyr. Phaeocystis sp. kan imidlertid forsvare seg mot beiting både ved å danne kolonier og dermed bli for stor for plantespisende zooplankton, eller ved å skille ut stoffer som kan ha en antibeiteeffekt (f.eks. PUA = polyunsaturated aldehydes). Derfor har man lurt på, og ved hjelp av tradisjonelle beiteforsøk, forsøkt å finne ut hvor mye av den biomassen som produseres under en P. pouchetii-oppblomstring som blir transportert videre oppover i næringskjeden. Tilgjengelige molekylærbiologiske verktøy har gitt oss troen på at estimatene for dette vil kunne forbedres, og hovedmålet i vårt prosjekt er å kombinere dette verktøyet med de mer tradisjonelle metodene for å finne svaret. I løpet av første prosjektår ble det gjennomført et eksperiment der vi manipulerte planktonsamfunnet i store sjøvannsinnhegninger (mesokosmer) for å fremprovosere kiselalge- og Phaeocystis-oppblomstringer og undersøke beiteaktiviteten i ulike deler av næringskjeden under disse. På samme måte som i havet om våren dannet først kiselalgene, og dernest Phaeocystis, oppblomstringer i mesokosmene. Vi undersøkte det mikrobielle samfunn (mengder og typer), næringsforhold, og metabolsk profil i mesokosmene under disse oppblomstringene. Vi fant blant annet at både de dominerende kiselalgene og Phaeocystis førte til høye konsentrasjoner av PUA som på sin side trolig var årsaken til at vi underestimerte beiteratene. Vi har publisert et arbeid som beskriver dette sammen med metodikk som kan benyttes for å redusere denne feilen (Steocker et al. 2015). Ved hjelp av og 454-sekvensering og kvantitativ PCR har vi også produsert data som forteller oss hva de dominerende zooplankton artene (copepoder) faktisk spiste og hvor stor andel av Phaeocystis-cellene de beitet ned (Ray et al. under revision). I løpet av det andre prosjekt-året gjennomførte vi et tokt med FF Håkon Mosby til Barentshavet med 14 toktdeltakerne fra Norge, Sverige, Danmark, Tysland, Russland og USA for å finne naturlige oppblomstringer av Phaeocystis pochetii, og, på samme måte som under mesokosmeforsøket, studere beiting i ulike ledd av næringsnettet. Vi fant nye og eldre Phaeocystis-oppblomstringer i Barentshavet, Porsangerfjorden og Ulsfjorden og målte konsentrasjon av næringssalter, virus, bakterier, små og litt større fytoplankton, ulike typer og størrelser av dyreplankton. Vi har samlet også data for DNA-, aminosyre- og stabile isotop-signaturer i vannmasser og i hoppekrepsmagene, bakterieproduksjon, beiterater for ulike typer av beitere samt metabolske profiler fra vann og beiteorganismer. Vi har nettopp sendt inn et arbeid til L&O Methods (Pree et al. submitted) som viser at den kjemiske sammensetningen av vannmassene er avhengig av om Phaeocystis-oppblomstringen er gammel eller ny, hvordan disse forskjellene spiller inn når man måler beiting, og foreslått hva man kan gjøre for å kompensere for dette. Det jobbes også videre med å kombinere kunnskapen om metabolske profiler og de molekylære dataene ved de ulike lokalitetene for å analysere zooplanktonets beiteeffektivitet på Phaeocystis under ulike forhold. Flere av prosjektdeltakerne deltok 16-19 oktober 2012 på Aquatic Mesocosm Research Symposium, Heraklion, Greece for å presentere resultater fra mesokosmoseksperimentet. I 2014 deltok mange av prosjektets deltakere med innlegg basert på resultater fra prosjektet på IMBER Open Science Conference "Future Ocean" 23-27 juni i Bergen. Doktorgradsstudent Bernadette Pree vant prisen for beste muntlige studentpresentasjon for sitt innlegg "Phaeocystis pouchetii bloom from the perspective of heterotrophic bacteria" . I 2015 deltok prosjektet med mange bidrag på ASLOs Winter Meeting, Granada, Spain, Febr 12-27. Tre av prosjektets deltakere Pree, Kuhlisch og Wolfram jobber med ferdigstilling av sine doktorgradsavhandlinger og resultater fra PHAEONIGMA er en viktig del av alle disse (estimert ferdig henholdsvis i slutten av 2015, midten og slutten av 2016).

Phaeocystis spp. are key primary producers in the world oceans, and seasonally constitute the majority of total pelagic biomass at higher latitudes. The trophodynamics of these algae are therefore of key importance for understanding some of the largest ec osystems on Earth. Despite decades of investigations the quantitative knowledge about these algae as food for zooplankton and subsequent productivity of higher trophic levels is limited and contradictory. Recent results suggests that this is due to large errors in laboratory estimates, methodological difficulties, and lack of knowledge about the influence of chemical signaling including anti-predational metabolites in situ. However, our recently developed molecular methods enable specific quantification o f copepods and other zooplankton feeding on Phaeocystis in situ. Based on these, we propose to investigate feeding by the dominating micro- and mesozooplankton in Norwegian waters using a combination of molecular, specific stable isotope analysis and clas sical approaches. The dynamics of metabolites hypothesized to regulate the feeding on Phaeocystis (chemical signaling) will be simultaneously analyzed using cutting-edge metabolomic approaches. The project is based on a close cooperation by an established group of international leaders in their respective fields, and will develop Norwegian research skills and expertise through focus on training of young scientists in state-of-the-art methodology. To achieve a lasting effort towards gender equality we will promote female candidates combined with national and international network building. We have ambitious publication plans and anticipate considerable national and international interest. This project aims to establish advanced methodologies in quantitativ e aquatic ecology, and has a significant potential to increase the quantitative understanding of Phaeocystis in the global cycling of climate gases and transfer of energy to higher trophic levels, such as fisheries.