Scaling climate effects from individual physiology to population responses

Det er i flere sammenhenger påvist at global oppvarming påvirker biologiske prosesser, men slike studier har tradisjonelt fokusert på bestander, samspillet mellom disse (samfunn) eller på selve økosystemet. Det er imidlertid nødvendigvis slik at det er individene som responderer på endringer i miljøet. Summen av miljøpåvirkningene og individets respons på disse bestemmer til syvende og sist individets muligheter til å overleve, vokse og reprodusere. Det må dermed logisk sett finnes sammenhenger mellom individresponser og hvordan bestanden som helhet responderer. For å forstå klimaeffekter er økningen i temperatur ved klimaendringer spesielt viktig på grunn av de store fysiologiske konsekvensene dette vil ha. I dette prosjektet har vi derfor sett på hvordan temperaturen påvirker modningen, gytingen og overlevelsesegenskapene hos de tidlige livsstadier. Prosjektet har resultert i en klar forbedring av dette kunnskapsgrunnlaget, basert på en kombinasjon av omfattende eksperimentelle studier og feltinnsamling, tidsserieanalyser og videreutvikling av avanserte vandringsmodeller (basert på datalagringsmerker). En gytetemperaturer over 10 grader C har en klar negativ effekt på en serie av reproduktive responser, som: 1) flere hunner viser atresi (tilbakedannelse av egg-anlegg (oocytter), 2) fall i østrogennivå, 3) endringer av genuttrykk for en rekke gener, 4) fall i spermaktivitet. Vanntemperatur er viktig for hvilket dyp torsken står i under gytingen, men torsken gyter mye i det samme området og dermed viser en tilpasning (adapsjon). I prosjektet er det videreutviklet metodikk (geolokalisering) for å følge torskens vandring, men mer arbeid gjenstår. Det viser seg at torsk i Barentshavet gyter senere når temperaturen øker. Dette uventede resultatet ses i sammenheng med et lengre fødeopphold nær iskanten nord i Barentshavet som fører til at temperaturen under modningen faller. Som forventet, fant vi imidlertid at stor torsk gyter noe tidligere enn mindre torsk, som indikerer at det vil være et bedre samsvar mellom gytetidspunkt og våroppblomstringen og dermed økt mulighet til å finne føde (dyreplankton) for larvene fra stor torsk. Dette 3.5-årig prosjektet er nå avsluttet (desember 2020). Det har blitt produsert flere artikler ? flere kommer i løpet av 2021.

Prosjektet har resultert i en klar forbedring av kunnskapsgrunnlaget: En gytetemperaturer over 10 grader C har en klar negativ effekt på en serie av reproduktive responser, som: 1) flere hunner viser atresi, 2) fall i østrogennivå, 3) endringer av genuttrykk for en rekke gener, 4) fall i spermaktivitet. Vanntemperatur er viktig for hvilket dyp torsken står i under gytingen, men torsken gyter mye i det samme området og dermed viser en adapsjon. Det er videreutviklet metodikk (geolokalisering) for å følge torskens vandring. Vi fant at torsk i Barentshavet gyter senere når temperaturen øker. Dette uventede resultatet ses i sammenheng med et lengre fødeopphold nær iskanten nord i Barentshavet som fører til at temperaturen under modningen faller. Imidlertid stor torsk gyter noe tidligere enn mindre torsk, som indikerer at det vil være et bedre samsvar mellom gytetidspunkt og våroppblomstringen og dermed økt mulighet til å finne føde (dyreplankton) for larvene fra stor torsk.

Although a few compelling case studies have demonstrated biological effects of global warming, a common denominator of these studies is that they tend to focus on populations, communities, and ecosystems. However, it is necessarily individuals that feel and respond to changes in the environment. The sum of environmental influences on an individual determines its survival and ability to reproduce and grow, which are the links between individual traits and population dynamics. A central component of climate change and of great physiological importance is an increase in temperature. In this project we therefore focus on the temperature dependence of female maturation and spawning dynamics and the characteristics of early life-history stages using a key species in arcto-boreal waters as our model: the Atlantic cod. Our preliminary data led to the hypothesis that large cod are able to spawn earlier in warm years, matching peak zooplankton availability for their larvae, which is a basis for enhanced survival. In contrast, small cod would not spawn sufficiently early despite higher temperatures, resulting in more of a mismatch with larval prey. Consequently, the early spawning of large females is a precondition for increased early stage recruitment in warm years. To assess the magnitude of this effect, the project is designed to quantify temperature-dependent physiology and spawning performance in cod, assess its consequences at the population-level, predict new optimal life histories, and assess management implications. The focus will be on Northeast Arctic cod, but comparative studies will also be undertaken with North Sea/Scottish cod. The project will combine physiological experiments, field data, tagging studies, environmental data, and quantitative ecological and evolutionary modelling to develop predictive-type models to address the effect of climate warming on teleost productivity and recruitment.