Climate effects on planktonic food quality and trophic transfer in Arctic Marginal Ice Zones II

Et varmere klima med mindre sjøis vil kunne føre til høyere primærproduksjon, som igjen kan øke sekundærproduksjonen i Arktis. Men ikke nødvendigvis! Endrede klimaforhold vil påvirke tidspunktet for våroppblomstringen, samt mengden og kvaliteten av både isalger og planteplankton noe som kan ha negativ innvirkning på beitedyrene. Den relativt store (3-5 mm) Arktiske hoppekrepsen populært kalt ishavsåta - Calanus glacialis - utgjør opptil 80% av dyreplankton biomassen i Arktiske sokkelområder. På grunn av sin evne til å omdanne karbohydrater og proteiner i alger til kompakte, energirike lipider, er ishavsåta ekstremt næringsrik (50-70% fett av sin tørrvekt), og viktig mat for høyere trofiske nivåer. Denne feite hoppekrepsen sikrer at de essensielle omega-3 og omega-6 fettsyrene, produsert utelukkende av marine alger, blir effektivt kanalisert til høyere trofiske nivåer. Skjebnen til denne hoppekrepsen er derfor av avgjørende betydning for å kunne forutsi hvor sårbar arktiske marine økosystemer er til klimaforandringer. I prosjektet "Climate effects on planktonic food quality and trophic transfer in Arctic Marginal ice zones II" (CLEOPATRA II, NFR 2012-2015) kombinerte vi omfattende feltundersøkelser med kontrollerte laboratorieforsøk, og livshistorie modellering for å evaluere sensitiviteten til ishavsåta til ulike fysiske (lys, temperatur)og biologiske (algemat) endringer. Ishavsåta bruker 1 til 2 år på å fullføre sin livssyklus. I laboratoriet, fant vi at C. glacialis er i stand til å produsere levedyktige egg på kun indre reserver, men at egg produksjonen er 10 ganger høyere for hunner som aktivt spiser. Feltstudier bekreftet at høy eggproduksjon først oppstår når det fins rikelig med mat. Ishavsåta brukte både indre reserver og fersk mat for å produsere egg. En slik «dobbelt-opp» strategi gjør at hunnene kan strekke gytingen over flere måneder, og dermed sikre at noen egg alltid vil bli gytt på det mest gunstige tidspuktet. En ny reproduksjonsstrategi ble oppdaget for Calanus glacialis under kontrollerte laboratorie eksperimenter: når mattilgangen er lav eller fraværende, investerte hunnene i færre egg med høyt fettinnhold; mens når mattilgangen er gunstig produserte hunnene mange, men egg med lavt fettinnhold. Calanus glacialis utfører sesongmigrasjon. Tidsrammen for nedvandring til dypere vann var ganske smal (juli-august), mens tidsrommet for oppstigningen startet overraskende tidlig, og strakte seg over hele fire måneder fra november til mars. Utskiftning av tyngre ioner med lettere, og omvendt, var nok den måten de mest sannsynelig regulerte sin oppdrift på. Fra billedanalyser av enkeltindivider fant vi at de største og feiteste var de som vandret ned først, og de som først utviklet seg videre til voksne, og mest sannsynlig til hanner, da hannene dukket opp først og var større enn hunnene. Noe som var veldig interessant, var at ishavåtas interne pH (haemolymph) viste et sterkt sesongmønster med ekstremt lav (5,5) pH om vinteren og høy pH (7,9) om sommeren. Lav pH vinterstid medførte trolig til senket metabolismen,som sammenlignet med metabolismen sommerstid var halvert. Diapause-intensiteten i C. glacialis synes å være mindre og med et større potensial for fleksible fysiologiske tilpasninger i forhold til hva som har blitt rapportert fra mer oseaniske, dypvannskopepoder. Ved hjelp av en ny utarbeidet livsstrategimodell kan vi nå forklare hvorfor ishavsåta dominerer i kaldere mer arktiske miljøer, og den mindre, nordatlantiske søsterarten Calanus finmarchicus (raudåta) i mer tempererte miljøer. Viktige regulerende faktorer er lengden av den produktive sesongen, temperatur og mortalitetsrisikoen. Alt i alt viser våre resultater at ishavåta er tilpasningsdyktig, men at det er usikkert om den klarer å opprettholde samme store populasjon under mer tempererte forhold. Et usikkerhetsmoment som må studeres nærmere er økt konkurranse og predasjonspress når et mildere klima tillater flere tempererte arter og etablere seg i Arktis. Dette 3-årige prosjektet har så langt resultert i en fullført Phd-avhandling og 3 fullførte master-avhandlinger. Per i dag er syv artikler publisert, 2 artikler er under vurdering og hele 11 manuskripter er under arbeid. I tillegg har resultater blitt jevnlig presentert på nasjonale og internasjonale møter og konferanser (34 presentasjoner i alt) og prosjektet har vært godt synlig i media med en rekke populærvitenskapelige artikler, video og blogger (http://www.mare-incognitum.no/index.php/cleopatra-ii).

A warmer climate with less extensive ice cover will lead to higher total primary production in the Arctic, which has the potential to increase the overall secondary production. However, altered climate conditions will affect timing, quantity and quality o f ice algal and phytoplankton food sources with extensive implications for grazers. Depending on the grazers ability to adapt to these new conditions, some organisms will be favored more than others, resulting in ecological winners and losers. We therefor e propose a project that will study Arctic zooplankton and their capability to adapt their current life history strategies and physiology to a changing Arctic. We will focus in our study on Calanus glacialis, the key herbivore in Arctic shelf seas, and c ombine field and laboratory investigations with model development to ultimately arrive at an improved understanding of the physiological and life history adaptations of Arctic zooplankton. A central element of our approach is to move towards individual-b ased zooplankton ecology where states, such as lipid reserves, are measured at the level of individuals. We aim at a tight linkage between data collection through field and experimental studies and the modelling work where models deliver predictions for f ield and laboratory work, securing target-aimed field investigations and well-defined hypotheses. In turn, findings from field and experimental work do not only test model predictions, but also deliver a better basis for improved parameterization and desi gn of models. Long-term data-series acquired through previous projects will be continued and will allow us to include inter-annual variability and different ice-cover scenarios in our investigations. This project will include several national institutions and international collaborators, with strong participation by early career scientists.