Plankton size and planktivore competition along the Norwegian coast and fjords: ecological implications of warmer and darker waters

Kystvann er noen av de mest produktive marine økosystemer. Med klimaendringene blir kystvann varmere og mørkere, og det er uklart hva de økologiske konsekvensene vil bli. I dette prosjektet vil vi studere hvordan beitegrunnlaget til den pelagiske fisken (sild, brisling, makrell m.fl.) vil kunne endres som følge av disse to klimapåvirkningene. Pelagisk fisk bruker primært synet i jakten etter mat, og størrelsen og synligheten på byttedyr (dyreplankton) kan være viktigere enn selve mengden byttedyr for et effektivt fødeinntak (Aarflot et al. 2020, MEPS). Både oppvarming og formørking forventes å påvirke størrelsesstrukturen i planktonsamfunnet, som har kort livssyklus og responderer raskt på endringer i miljøet. I prosjektet vil vi studere historiske planktonprøver ved hjelp av ny teknologi samt videreutvikle en økosystemmodell, for å øke forståelsen for hvordan temperatur og lysforhold påvirker størrelsen i planktonsamfunnene langs Norskekysten – både historisk og i et fremtidsperspektiv. Hvis fisken blir dårligere til å utnytte beitegrunnlaget kan dette gi et fortrinn for geléplankton (maneter) som ikke er avhengig av lys og planktonstørrelse i jakten etter mat. Vi vil derfor også se nærmere på konkurranseforholdet mellom fisk og geléplankton i utvalgte fjorder og mulighetene for et regimeskifte mot mer maneter og mindre fisk i fremtiden. I prosjektets første år har vi fått sikret en grundig kvalitetssikring av «treningssettet» (ca. 10.000 bilder) som benyttes for å klassifisere bilder av dyreplankton i taksonomiske grupper, og implementert maskinlæring for automatisk identifisering av organismer av særlig interesse med god nøyaktighet (> 85%). Vi har også opparbeidet et solid antall (>200) historiske planktonprøver med FlowCam-teknologi og klassifisert disse med det forbedrede treningssettet, dette arbeidet vil fortsette i 2025. Videre har vi montert lyssensorer på et forskningsskip som har regelmessig (ca. 10 ganger per år) overvåkning i fjorder på Vestlandet, slik at vi nå også samler inn data både på lys i vannsøylen samt overflatelys på disse toktene. De nye dataene blir viktige for å kunne forbedre parametriseringen av lys i økosystemmodeller for kystmiljø, samt evaluere i hvilken grad lysmiljøet påvirker konkurranseforholdet mellom fisk og maneter i fjordene. På modellerings-siden har vi arbeidet med implementering av en modell utviklet og publisert av DTU Aqua med høyoppløst størrelsesstruktur i plante- og dyreplankton, som en 1D vannsøyle-modell tilpasset norske kystmiljø. Vi har implementert modellen som en åpen kildekode i FABM (Fortran-based Framework for Aquatic Biogeochemical Models) og vil arbeide videre med å koble denne inn i et 3D modellsystem ved Havforskningsinstituttet (NORWECOM.E2E). Prosjektet har to innsendte artikler til vurdering, og holdt innlegg på fire internasjonale vitenskapelige møter/konferanser det første året. Sommeren 2024 ble prosjektet etter søknad formelt tilknyttet FNs havtiår. Prosjektet har også jobbet aktivt med populærvitenskapelig formidling: PI har bidratt til to populærvitenskapelige saker om prosjektet på www.hi.no samt SoMe ved Havforskningsinstituttet, blitt intervjuet i VG om klimaendringer i norske fjorder i forbindelse med fjordtokt i 2023, deltatt på NRK Ekko i samtale om viktigheten av plankton i havet, og holdt to inviterte, populærvitenskapelige foredrag (Akvariet i Bergen, Ocean Science Bar). Vi har også etablert et samarbeid med Fiskerimuseet i Bergen hvor PI og de øvrige arbeidspakkelederne har bidratt til utviklingen av et konsept om en fysisk utstilling om plankton ved museet.

Coastal waters are some of the most productive marine ecosystems. Ocean warming and increased light attenuation (reduced penetration of light into the water) are two climate change associated stressors impacting coastal waters, and the ecological implications are unknown. Both stressors may affect the size structure and dynamics within planktonic communities, which is important for fish foraging efficiency and energy transfer from primary production to higher trophic levels. Also, the optical foraging environment for fish may be impaired, potentially leading to ecosystem regime shifts. In PELAGIC, we will utilize stored zooplankton samples collected over a 30-year period and expose them to modern technology, establishing a novel dataset on the size structure of zooplankton in coastal waters. The data will be used to advance our understanding of how the quality of prey for pelagic fish (e.g., herring, sprat, mackerel) varies over spatial and environmental gradients and is affected under climate change. Furthermore, we will collect new light observations from Norwegian fjords and perform a theoretical assessment of the potential for increased dominance of jellyfish (at the expense of fish) as these waters gets darker. Ecosystem models are vital tools for assessing potential future states of marine ecosystems under climate change, but existing large-scale global and regional models do not resolve plankton communities in realistic dimension. With PELAGIC, we will develop an ecosystem model with more realistic plankton size structure and dynamics, and an improved light environment necessary for modelling plankton dynamics in coastal waters. Using this tool, we will assess how future plankton communities will be affected by ocean warming and coastal water darkening and potential consequences for the energy transfer to higher trophic levels in the ecosystem.