Norges lange kystlinje, med stor forskjell i klima mellom nord og syd, er et naturlig laboratorium for å studere klimaeffekter på fisk og annet liv i havet. Slike studier kan hjelpe oss å forutsi hva klimaendringer vil bety for livet havet. I prosjektet DYNAMAR har vi undersøkt effekter av et stadig varmere hav for tangkutlingen, den mest tallrike fiskearten i tarebeltet langs kysten, og viktig mat for ungtorsk. Vi bruker den som modellart fordi den egner seg for studier både i naturen og i laboratorieforsøk. Modellarter kan gi oss kunnskap til å forstå effekter av klima på andre fisker og dyr i havet.
DYNAMAR er et samarbeidsprosjekt ledet av NTNU, med Norsk Institutt for Naturforskning (NINA) og Havforskningsinstituttet (HI) som partner-institusjoner, og med samarbeidende forskere ved fem norske og utenlandske universiteter.
I prosjektet har vi studert hvordan klimaet påvirker fiskenes formering og livshistorie. Livshistorien handler blant annet om hvor mange ganger de formerer seg før de dør. Dette henger sammen med hvor lang sommeren er, og hvor høy dødelighet det er blant hanner og hunner. Klimaforskjeller kan påvirke hanner og hunner ulikt og føre til at det blir flere av det ene enn av det andre kjønnet på “kjønnsmarkedet”. Skjevheten kan gå begge veier avhengig av klima, og kan påvirke konkurransen om å få pare seg med mange, og med de beste partnerne. Dette kan få evolusjonære konsekvenser: i klima som fører til underskudd på hunner vil store og fargerike hanner ha fordeler. På denne måten kan klimaet påvirke både det tallmessige forholdet mellom hanner og hunner, og fiskenes utseende og kroppsbygning.
Forskjeller i livshistorie i ulikt klima kan enten skyldes genetiske tilpasninger til miljøet, eller at fiskene har evne til å justere seg fysiologisk til klimaet. Hvis forskjellene skyldes genetiske miljøtilpasninger vil fisker og andre dyr være dårligere rustet til å takle dagens raske klimaendringer. I DYNAMAR-prosjektet har vi brukt genetisk teknologi for å sammenlikne bestander langs klimagradienten fra nord til sør.
Prosjektet har blitt gjennomført på 6 ulike lokaliteter fra den svenske vestkysten i sør til Vesterålen i Nord-Norge. På hver lokalitet samlet vi data fra 5 underlokaliteter (småøyer), for å sikre at dataene var representative. Vi kartla bestandstetthet, kjønnsfordeling, reproduksjon, aldersfordeling, størrelse, kondisjon og mye annet. Dataene ble innsamlet ved observasjon og telling av fisk mens vi snorklet langs faste ruter, og ved innsamling av fisk for måling, veiing, og analyser av alder og genetikk. Langs observasjonsrutene kartla vi atferden til hanner og hunner – konkurranse med eget kjønn, og “flørting” for å tiltrekke seg det andre kjønn. Vi samlet inn reproduksjonsdata fra reir i tareskogen, og registrerte vegetasjon og temperatur med video og temperaturloggere.
Resultatene fra prosjektet viser svært sterke sammenhenger mellom havtemperatur og fiskenes biologi. Lengst nord, der havet er kaldest, lever tangkutlingen i to år og reproduserer ikke før andre året, mens den er en ett-årig fisk lenger syd. Fiskene i nord blir derfor mye større enn i syd. Tettheten av fisk er høyere i syd, der vannet er varmere, og fiskene er også i bedre kondisjon. I sør kan tangkutlingene ha opp mot 6-7 kull etter hverandre i løpet av den ene sommeren de har på å reprodusere, mens de maksimalt kan reprodusere 2-3 ganger i løpet av den korte sommeren i nord. Mer overraskende er det kanskje at klimaet har en sterk effekt “kjønnsmarkedet” – hvor mange hanner og hunner som er tilgjengelige som mulige partnere. I det varmere klimaet i syd endres konkurransen på kjønnsmarkedet fullstendig gjennom sesongen: på våren må hannene kjempe om hunnes gunst, på seinsommeren er det tvert om – hunnene må konkurrere om få tilgjengelige hanner. I “middels varmt” havklima i vest- og midt-Norge fant vi ikke den samme endringen over sesongen. Og i det kalde klimaet i nord var det bare hannene som var aktive på kjønnsmarkedet; hunnene hverken konkurrerte eller flørtet, men lot seg bare oppvarte. Dette er bare noen av prosjektets mange resultater som viser at havklimaet virker inn på alle mulige sider ved fiskenes biologi – varmere hav betyr ikke bare at utbredelsen utvides nordover, som vi også har funnet; klimavariasjon endrer levemåte og livsvilkår for fiskene på svært mange vis.
Vi har funnet klare genetiske forskjeller mellom nord og sør, men det er uklart hvor sterkt forskjellene i levemåte og biologi mellom syd og nord er koplet til genetikk. Analysene har vist at kjønn hos tangkutling er genetisk regulert, som ikke tidligere var kjent. Dette følges nå opp med kartlegging av DNA for arten, som videreføres etter prosjektet.
Studiet gir unik støtte til evolusjonær teori om at hanners og hunners konkurranse og “flørteatferd” styres av tilgangen på det andre kjønn, og av antall konkurrenter av eget kjønn. Teorien har aldri tidligere vært testet i så stor geografisk og klimatisk skala hos noen dyreart.
The project has built a strong network of national and international competence on marine ecosystems, focused particularly on climate change effects, and have documented major effects of climate variability on life-history, reproduction, behaviour and population biology of the model species.
- An international network of complementary and inter-disciplinary competence of high interenational standard has been established. This network includes high-level competence in genomics, mathematical modelling, marine ecology and evolutionary biology, across several contries.
- The project has established new networks of collaboration among Norwegian and Scandinavian research environments focused at human stressors of marine ecosystems (5 universities, 2 research institutes).
- These networks of high-level marine ecology competence, linked with relevant basal sciences, are likely to develop further beyond the present project.
- The project has very significantly improved our understanding of the reproductive dynamics of the most abundant fish species in Norwegian kelp-forest ecosystems, the two spotted goby. This fish is a main prey of juvenile codfish (cod, saithe, pollock and whiting) and as such a core species of these ecosystems.
- Results of the project have revealed large and complex effects of climate (water temperature) on reproduction, behaviour, population ecology of the species, and have also documented genetic differentiation along the climatic south-north clime in Scandinavia. These results helps us predict future consequences of warmer seas.
- The project has further documented a northward range expansion for the species, as expected from ocean warming.
The project represents a unique approach to analyse effects of climatic variation in marine ecosystems on spatiotemporal dynamics of sexual selection, life history, and local adaptation. Such interactive ecological and genetic effects are very little explored but essential to predict consequences of climate change for life history strategies. The aim is to make a major step in the understanding of sexual selection and its relationship with life history evolution. We use an excellently suited marine model system and a powerful combination of field studies, lab experiments and mathematical modelling. Sexual selection is a major force in evolution, shaping the morphology and behaviour of animals (including ornaments, body size and striking displays), and is tightly linked to life history. We focus on variation on spatial and temporal scales within species, which may help explain maintenance of genetic variation in life-history and sexually selected traits. Spatiotemporal variation has been little studied and interactions with life history dynamics are poorly understood. This project analyses a main driver of sexual selection, the operational sex ratio, a measure of the availability of potential mates for each sex at a given point in time and space. We aim to analyse spatiotemporal dynamics of operational sex ratio, sexual selection and life history on an unprecedented scale by combining (1) analyses of variation in sexual selection and its drivers in the wild, (2) mathematical modelling of such dynamics and how they relate to life history, (3) studies linking spatial population genomic differentiation with spatiotemporal variation in life history strategies in the wild, (4) tests for functional genes linked to genomic variation in wild populations, and by common-garden experimentation. Our team combines top international complementary expertise and a model system ideally suited for this unique exploration of life history and sexual selection responses to climate variation.
