Tilbake til søkeresultatene

KLIMAFORSK-Stort program klima

Understanding climate change impacts in an Arctic ecosystem: an integrated approach through the prism of Svalbard reindeer

Alternativ tittel: Effekter av klimaendringer i et Arktisk økosystem: en integrert tilnærming ved å bruke Svalbardreinen som prisme

Tildelt: kr 11,9 mill.

Arktiske økosystemer er naturlige laboratorier for studier av klimaeffekter fordi de er enkle og under rask oppvarming. Vi har samlet økologiske data gjennom mer enn 25 år av Svalbardreinen og sentrale komponenter i deres økosystem, som beiteplanter og parasitter. I vårt forrige prosjekt samlet vi fysiologiske data av reinen for å undersøke om de er «trapped in a cold-adapted body», resultater og metoder vi bygger videre på i det nåværende prosjektet. Vi ønsker å undersøke det paradoksale med at bestanden vår av rein har mer en doblet seg gjennom de siste to tiår, i et område med rask klimaendring. Vi går bredt ut og undersøker om det skyldes endringer i planter, endringer i parasittbelastning, eller om dyra viser adferds eller fysiologiske tilpasninger til klima. Resultatene våre vil ha betydning for å forstå hvordan arktiske pattedyr, som lever ved et av verdens ytterpunkter, har evne til rask evne til klimatilpasning. I den botaniske arbeidspakken har vi utført ett eksperiment og en observasjonsstudie gjennom sommeren og høsten av PhD student Samantha Dwinnell og masterstudent Jacqueline Wanjiru. Målet med begge studiene er å se i hvor stor grad planteproduksjonen gjennom sommeren forbedrer mattilbudet for reinen gjennom høst og vinter, noe som er kan ligge bak bestandsveksten. I eksperimentet varmet vi opp plot ved en kombinasjon av Open Top Chambers (OTC) og frostvakt-stråleovner, slik at vi fikk plot som var ca 2 og 6 grader høyere enn kontroll-plot. Det høres ekstremt ut, men prediksjonene for Svalbard går helt opp mot 10 grader varmere somre i et 100-års perspektiv. Vi har akkurat avsluttet eksperimentet og kan visuelt se at noen av plottene med oppvarming holdt seg grønne lengre enn kontrollene, som tyder på at oppvarming forsinker visning og forbedrer mattilbudet til reinen om høsten. I observasjonsstudiet har vi undersøkt visningstidspunkt og biomasse i tre sentrale vegetasjonstyper for reinen. Fra GPS-halsbånd ser vi at dyrene foretrekker våtmark i en periode på senhøsten, og vi har stilt oss spørsmålet om det er fordi det fortsatt er grønn næringsrik vegetasjon der, eller om det bare er beiting på visnet vegetasjon med høy biomasse. Dette studiet er ennå ikke sluttført. I parasittarbeidspakken stiller vi oss spørsmålet om årsaken til reinens bestandsvekst er at parasittene ikke påvirker reinen like mye som tidligere. Her har vi spennende foreløpige resultater. På tross av at det er flere rein i landskapet, viste mikroskopering av reinsdyrmøkk at menge parasitt-egg er nær halvert. I oktober vil vi felle 20 simler for blant annet å telle voksne parasitter i løpemagen, som regnes som gullstandarden for måling av parasittbelastning (disse individene vil også være startpunktet for arbeidet som går på effekten av mikrobiom - «the ecology within»). Vi spekulerer om den lavere parasittbelastningen skyldes at overlevelsen i frittlevende stadier er redusert pga varmere klima og etablerte et eksperiment der vi ser på overlevelse av infektive larver over tid, i de samme plottene vi ser på effekter av oppvarming på planter (se over). Vi plasserte 100 larver i planttuber små plasttuber som var åpne i begge ender. Planen var å høste disse og telle hvor mange levende larver som var igjen i høst, og neste vår og sommer. Dette var ikke vellykket da første høsten viste gjenfangstrater på mellom 50 og 200%, der alt over 100% antagelig skyldtes at parasittlarver allerede var tilstede i jordsmonnet før tilsetting av nye larver. Vi forbedrer oppsettet og gjentar til neste år. Arbeidet har vært utført av PhD student Tirza Moerman og masterstudent Harald Lislegaard. I fysiologiarbeidspakken har vi også spennende foreløpige resultater. Her er vi interessert i å undersøke Svalbardreinens ekstreme evne til energisparing, og om det finnes ulike fenotyper for dette trekket. Vi samarbeider med en fysiolog med erfaring fra fysiologien til små pattedyr som går i dvale (Walter Arnold). I april tok vi fett og muskelbiopsi fra 60 individer, samtidig med at vi opererte inn temperatur og hjerteratemålere. Vi finner at omega-6 innholdet i fettet varierer mellom individer og at det er sterkt korrelert med «SERCA-aktivitet» i cellene. Kort fortalt så betyr høy SERCA-aktivitet at celleveggen fungerer ved lave temperaturer, som igjen betyr at individer med denne evnen kan senke kroppstemperatur og spare på energien. Neste sommer vil vi starte jakten på hvilke diettemner som har høyt omega-6 innhold. Dette arbeidet vil ledes av Post Doc Monica Trondrud.

Terrestrial Arctic ecosystems are natural laboratories to study the effects of climate change, because of their simplicity and fast rate of warming. In Svalbard, reindeer are a keystone species directly affecting lower (plants and parasites) and indirectly higher trophic levels (carrion for Arctic fox), and therefore central to understanding ecosystem resilience. For more than 20 years we have studied tundra vegetation dynamics, reindeer impacts on habitat structure and ecosystem processes. At 4500 captures of 1000 individual reindeer we have the largest dataset for any Arctic herbivore. Two decades ago, we published what became a textbook study reporting that reindeer were strongly food limited and regulated by gut parasites, rendering the subsequent doubling of the population size an unsolved paradox. In our current RCN project, we discovered two phenotypes with contrasting thermoregulatory physiology; one drops subcutaneous body temperature to save energy, while the other keeps a stable high temperature throughout winter. The two phenotypes also differed in their diet, gut microbiome, body mass dynamics and reproduction, begging the question if one is better adapted to the ‘old’ and the other to the ‘new’ climate regime. We will develop innovative models of how the different phenotypes contribute to reindeer population growth, as the climate continues to warm. However, such models would not be realistic without considering trophic interactions, leading us to return to our unsolved population increase paradox, by investigating the role of higher plant productivity and the possible loss of parasite regulation. By looking at the issue of climate change in the Arctic through the prism of an ecosystem engineer, Svalbard reindeer, our work plan is both novel, because of its holistic scope, working across boundaries of sub-disciplines in biology, and ambitious, in moving empirical measurement out of traditional laboratory settings, into a rapidly warming world.

Budsjettformål:

KLIMAFORSK-Stort program klima