Drivers and effects of spatial shifts in early life stages of marine fish (SpaceShift)

En viktig utfordring innen fiskerivitenskap er å forstå hvorfor antallet fisk som overlever gjennom de første årene av livet varierer betydelig mellom år for mange fiskearter. I SpaceShift-prosjektet har vi fokusert på hvordan endringer i romlig og sesongmessig fordeling av fiskeegg og -larver påvirker overlevelsen. Blant annet har vi undersøkt hypotesen om at tap av gammel og stor fisk fra sterkt høstede fiskebestander fører til at gytingen blir mer konsentrert i rom og tid i gytesesongen, og at dette gjør eggenes og larvenes overlevelse mer sensitive til år-til-år variasjoner i miljøforhold. Et hovedfokus har vært torskebestanden i Barentshavet, skreien. Skreien gyter langs norskekysten fra Møre til Finnmark. Eggene driver med havstrømmene tilbake mot Barentshavet mens de utvikler seg til larver og yngel som, hvis de når fram i live, går over til en mer bunnær livsstil. Prosjektet har dratt nytte av lange tidsserier fra russiske og norske tokt. Vi kombinerte statistiske og numeriske modelleringsmetoder for å utnytte denne informasjonen fullt ut, ved å identifisere sammenhenger som har solid støtte i observasjonsdataene så vel som i en mekanistisk forståelse av de underliggende prosessene. Resultatene viser at tap av gamle og store torsk fra gytebestanden er korrelert med dårlig bestandstilvekst (Ohlberger mfl. 2022: Age structure affects population productivity in an exploited fish species). En viktig årsak til denne sammenhengen er trolig at gamle og store torsk gyter spesielt mange og levedyktige egg, noe som støttes av observasjoner av høye antall egg og larver i sjøen i år når gjennomsnittsalderen i gytebestanden er høy (Endo mfl. 2020: Effects of climate and spawning stock structure on the spatial distribution of Northeast Arctic cod larvae). Samtidig er den geografiske utbredelsen av eggene og larvene stor (Endo mfl. 2020). Utbredelsen av fiskelarver påvirker blant annet samspillet mellom fiskelarver og fiskelarvenes byttedyr (Endo mfl. 2022: Two decades of match-mismatch in Northeast Arctic cod – Feeding conditions and survival; Ferreira mfl. 2020: Match-mismatch dynamics in the Norwegian-Barents Sea system). En bred geografisk utbredelse av egg og larver ser imidlertid ikke ut til å gi høyere gjennomsnittlig overlevelse eller til å dempe effektene av miljøsvingninger i vesentlig grad (Langangen og Stige 2021: Shedding light on the link between the spatial distribution of eggs and survival in Northeast Arctic cod). Utbredelsen kan likevel ha stor betydning, noe som blant annet vises ved at ulike faktorer er viktige for eggenes og larvenes overlevelse og vekst nord og sør i gyteområdet og tidlig og seint i sesongen (Endo mfl. 2022). Vi finner videre at en østlig utbredelse av torskeyngelen i Barentshavet henger sammen med dårlig vekst men god overlevelse (Durant mfl. 2021: The role of spatial distribution for growth and survival of juvenile cod Gadus morhua in the Barents Sea). Utbredelsen påvirkes også av temperatur, noe som er en mulig forklaring for at vi finner at torsken i Barentshavet bare påvirker hysen negativt når havtemperaturen er over 4 °C (Durant mfl. 2020: Non-linearity in interspecific interactions in response to climate change). Overlappet mellom de to artene er nemlig størst i varme perioder. Prosjektet har også bidratt til studier som undersøker: - sammenhengene mellom vekst og overlevelse gjennom flere livsstadier (Stige mfl. 2019: Density- and size-dependent mortality in fish early life stages), - for hvilke livsstadier utbredelsen er minst fleksibel (Ciannelli mfl. 2021: Ontogenetic spatial constraints of sub-arctic marine fish species), - klimaeffekter på mengden og sesongmønsteret av planteplankton (Lundsør mfl. 2020: Long-term coastal monitoring data show nutrient-driven reduction in chlorophyll), - sammenhengen mellom sesongmønsteret til planteplankton og mengden av dyreplankton (Dong mfl. 2021: Associations between timing and magnitude of spring blooms and zooplankton dynamics in the southwestern Barents Sea), - effekter av klima og predasjon på sesongmønsteret til dyreplankton (Kvile mfl. 2021: Environmental effects on Calanus finmarchicus abundance and depth distribution in the Barents Sea), - klimaeffekter på overlapp og predator-byttedyrdynamikk mellom dyreplankton og fisk i økosystemer på ulike breddegrader (Durant mfl. 2019: Contrasting effects of rising temperatures on trophic interactions in marine ecosystems), - effekter av fiske på hvor følsomme fiskebestander er ovenfor klimasvingninger (Färber mfl. 2020: Population variability under stressors is dependent on body mass growth and asymptotic body size) og - bruk av bifangsdata fra vitenskapelige tokt til å lage tidsserier for geleplankton (Yaragina mfl. 2022: Bycatch data from ichthyoplankton surveys reveal long-term trends in gelatinous zooplankton in the Norwegian and Barents Seas). Resultatene er presentert i 16 vitenskapelige og 2 populærvitenskapelige publikasjoner og på 5 vitenskapelige konferanser.

Prosjektet har bragt forskningsfeltet videre ved at det kaster nytt lys over sammenhengen mellom utbredelse, overlevelse og vekst for tidlige livsstadier til fisk ved å kombinere statistisk modellering av lange tidsserier og mer mekanistisk modellering av prosessene som kan ligge bak disse sammenhengene. Hovedfokuset var på skreien i Barentshavet, men ikke begrenset til denne. En viktig implikasjon for fiskeriforvaltningen er at resultatene underbygger betydningen av å beholde gamle og store fisk i gytebestanden. Prosjektet har styrket nasjonalt så vel som internasjonalt forskersamarbeid og prosjektet har bidratt til forskerutdanning i form av en vellykket gjennomført PhD.

Understanding the mechanisms behind the large fluctuations in the recruitment to many harvested fish stocks remains a key challenge in fisheries science. We will here throw new light on these mechanisms by studying the interlinkage between spatial and temporal dynamics using a combination of state-of-the-art statistical and biophysical modelling approaches. In particular, we address the hypothesis that loss of old and large spawners from heavily exploited fish stocks leads to a contracted spatial and temporal distribution of spawning and fish offspring, which reduces the buffering of offspring survival against adverse environmental conditions. We will first quantify how the spatial distributions of fish eggs are influenced by the combination of climate and demographic structure of spawners. We will subsequently assess how climate and spatial distribution influence the match or mismatch between fish larvae and zooplankton prey and growth and survival of fish through early life. Hence we will map how survival of fish eggs to recruitment depends on location. With that basis, we will assess how climate and demography influences recruitment and population dynamics, through effects on spatial distribution of fish offspring and spatiotemporal patterns in growth and survival of the offspring. Main focus will be on Barents Sea cod, haddock and capelin. These stocks are the world's largest of their species and of high ecological and socioeconomic importance. Moreover, long-term Russian and Norwegian surveys provide unique empirical information on their dynamics in early life stages. Our combination of statistical and biophysical modelling approaches take full advantage of this information and aim to identify relationships that are backed up both by the spatiotemporal observation data and a clear, mechanistic understanding of the underlying processes. Hence, we expect to obtain insight into recruitment dynamics that are of wide, general interest.