MARINFORSK-Marine ressurser og miljø

Utvikling av økologisk modellering vil kunne gi økt anvendelse av operasjonelle modellsystemer mot forvaltning av miljø og ressurser. Det mangler imidlertid kunnskap og forståelse om flere viktige prosesser i økologisk modellering, enten på grunn av manglende forståelse av mekanismer eller mangel på data til bestemmelse av parametere, drivkrefter og testing av modellene. Fødeopptak er en prosess som regulerer opptak og omsetning av energi mellom organismer og trofiske nivå, og utvikling av pålitelige økosystem modeller forutsetter data med blant annet tilstrekkelig oppløsning og presisjon. I de fleste modeller, er opptak av føde representert ved en enkel funksjon som ofte ikke klarer å gjenskape feltobservasjoner. I dette prosjektet bruker vi blåskjell (Mytilus edulis) som modellart for å forbedre kunnskapsgrunnlag om fødeopptak. Vi bruker dataene for å bestemme parametere i modellsystemet Dynamic Energy Budget (DEB). DEB modellen benyttes for ulike marine arter og kan også anvendes i økosystem modeller. Resultater fra konvensjonelle forsøk med høyoppløselig data på fødepartikler kombinert med nye molekylære teknikker viser fødegrunnlag og inntak av ulike størrelser av partikler og planteplankton hos blåskjell. Forsøkene ble utført i Lysefjorden (Rogaland) hvor produksjon av planteplankton blir økt gjennom kontrollert oppstrømning av næringsrikt dypere vann. Prosjektet viste hvordan metodikk kan påvirke beregning av retensjon av partikler (RE-retention efficiency) og dermed opptak av føde. Sammenhengen mellom partikkelstørrelse og effektiviteten i retensjon er tidligere beskrevet som sterkt avtagende for partikler mindre enn maksimum som er større enn 3-7 µm. I dette prosjektet fant vi maksimal RE for partikler større enn 8-11 µm. Dette ble vist ved bruk av flere ulike metoder. RE for mindre partikler avtok gradvis til 50-60 % retensjon for 4-µm partikler og 30-40 % retensjon for 2-µm partikler. Resultatene viser at retensjon av partikler hos blåskjell gitt naturlig forekommende føde ikke passer med den tidligere aksepterte modell av RE av kultiverte planteplankton, og bekrefter behovet for endring i antagelsen om retensjon som tidligere har hatt bred oppslutning innen fagfeltet hos filtrerende skjell. Dette er antagelser som har er lagt til grunn i konklusjoner om disse organismenes rolle i økosystemet, og som er representert i bestemmelse av parameter for fødeopptak i DEB modellering. Prosjektet anbefaler metodikk for pålitelig beregning av fødeopptak hos skjell, som vil være avgjørende i en bedre representasjon av fødeopptak i DEB modellering. For å forstå seleksjon utover sammenhengen mellom partikkel størrelse og retensjon, ble det brukt molekylære teknikker for å sammenligne DNA signatur i fødepartikler i vannet som var tilgjengelig og partikler tatt opp som føde hos blåskjell. To metode tilnærminger ble brukt for å kunne oppnå ønsket oppløsning på opptak i blåskjellene; 1) ?metabarcoding? rettet mot V7 området i 18S rRNA gene og sekvensert med Ion Torrent gav oversikt over hele partikkel samfunnet, og 2) en kvantitativ PCR tilnærming rettet mot kjente planteplankton (dyrket i kultur) tilsatt det naturlige algesamfunnet hvor hver tilsatt alge ble sporet fra vannet tilført skjellene til vannet som forlater skjellet (utånding) og inn i fordøyelsessystemet. Sammenligning av partikkelsammensetning i vannet og i blåskjellenes fordøyelsessystem viste at fødeopptak kunne deles i tre grupper. En første gruppe med føde som var høyere representert i fordøyelsessystemet enn i vannet, noe som indikerer seleksjon. Andre gruppe hvor samme representasjon indikerer ingen seleksjon, og en siste gruppe med større representasjon av fødepartikler i vannet enn i fordøyelsessystemet som kan indikere avvisning av fødepartikler og/eller nedbrytning. Resultater fra forsøk med tilsetting av kultiverte alger støttet opp om resultatene fra ?metabarcoding? hvor store og/eller kjededannede alger viste høyest retensjon. I henhold til vår informasjon er dette prosjektet det første som bruker ?metabarcoding? i studier av føde for skjell. Blåskjell dyrket i Lysefjorden viser høy vekst knyttet til reproduksjon, gjennom en svært rask oppbygging av bløtvev etter gyting. Prosjektet har derfor testet spesifikk metode for på beregne parametere i DEB modellen som regulerer fødeopptak og kanalisering av energi mellom strukturell og reproduktiv masse. Resultatene fra høyoppløselige målinger og molekylære teknikker i fødeopptak hos blåskjell bidrar til økt forståelse og bedrer formulering av fødeopptak i DEB modellen, med betydning også for anvendelse i økosystem modeller. Prosjektets resultater bidrar til grunnleggende forståelse om fødeopptak hos skjell, som regulerer omsetning av energi mellom organismer og trofiske nivå. Dette gir justert kunnskap om filtrerende skjell sin rolle i økosystemet og betydningen dette har for industri aktiviteter og samfunn.

Advances in ecological modelling have motivated the development of operational models to support management of environment and resources. Still, many key processes in ecological models are poorly represented and resolved; either because we do not understa nd the mechanisms or because we are not able to provide data to parameterise, force and test models beyond certain levels of detail and complexity. Feeding is one such key processes which regulate mass and energy transfer between organisms and trophic lev els, and ecosystem models cannot deliver reliable predictions unless the data input on these two processes have adequate resolution. In most predictive models today, suspension feeding is often reduced to a simple function of food concentration of homoge neous food items, which often fail to reflect empirical observations, hence the predictions become unreliable. A key step to advance in this field is therefore to establish high resolution and precision feeding data as input in the models, and empirically verify their predictive capability. Here we use the mussel Mytilus edulis as a model species. We propose to link conventional feeding experiments with high-resolution molecular tools to determine mussel feeding- and selection rate of natural seston, incl uding toxic and non toxic phytoplankton, in order to parameterize the variations inherent in the Dynamic Energy Budget (DEB) growth model. The DEB model is a generic model applicable to several marine species, and it has potential application in ecosystem modelling systems. The project therefore also complies with providing significant contributions to the development of parts of ecosystem modelling systems.