Gøy dag med utforsking av fjæra

Torsdag denne uken var Finnfjordprosjektet og hadde skoleopplegg for ungdommene på Husøy i fjæra.

Ingeborg viser frem en siktmåler og forklarer hvordan man bruker den for å undersøke om det er mye plankton i havet og fortalte at sånn har man gjort det i mange hundre år. Foto: Sunniva Katharina Thode.

Vi møtte elevene på skolen og de var veldig motiverte for en dag med utforsking. Vi var heldige med været og ungdommene koste seg med å leke mens Ingeborg gjorde klart til stasjoner med ulike forskningsoppgaver.

Hvem kaster lengst? Foto: Sunniva Katharina Thode.

Ingeborg Hulda Giæver introduserte elevene for mange ulike forskningsmetoder som å ta prøver av plankton, artsbestemmelse, bruk av lupe og måling av saltinnhold, temperatur, pH og sikt i havet. Hun diskuterte med elevene hvorfor fjæra er et så spennende sted å utforske og introduserte dem for ulike faktorer som påvirker livet i fjæra. Hun trakk frem at dyr og planter som lever i fjæra må tåle tørke, vann, salt og endringer i temperaturen. Og at ulike fjærer gir ulike utfordringer for livet der.

Det var spennende å kaste planktonhåv. Foto: Sunniva Katharina Thode.

Vannprøven fra planktonhåven undersøkes før den skal studeres under lupen. Foto: Sunniva Katharina Thode.

Spesielt kasting av planktonhåv ble en populær aktivitet. Når elevene hadde fått tatt vannprøver med den så de på prøvene med lupe. Der fikk de se både alger og hoppekreps som “hoppet” rundt på skjermen. Ingeborg fortalte engasjert om ulike alger, hoppekreps, hvor viktige de er i havet og hvem som spiser hvem.

Elevene fikk undersøke vannprøvene fra planktonhåven med lupe. Her ser en av de på mikroalger. Foto: Sunniva Katharina Thode

Etter å ha målt pH, salt og temperatur i havet spiste elevene litt grillet lunsj før det var på tide med konkurranse. Ingeborg fortalte om alle ulike grupper med liv de kan finne i fjæra og ga dem en rask introduksjon i hvordan man bruker artsbestemmelsesnøkler for å finne ut hvilken art man har. Konkurransen var å finne flest mulig ulike arter. Underveis i samlekonkurransen fikk elevene veiledning i hvordan man ser forskjell på de ulike dyrene og plantene er og hvordan man bruker nøklene for å finne ut hva de heter. Ungdommene diskuterte og undersøkte engasjert og nysgjerrig.

Leting etter ulike arter av dyr og alger. Foto: Sunniva Katharina Thode.

Samling av ulike arter. Foto: Sunniva Katharina Thode.

Tusen takk til ungdomstrinnet på Husøy skole for en kjempefin dag!

The Barents Sea Polar Front Study 2021 – student immersion into cutting edge science

Written by Professor Rolf Gradinger, Department of Arctic and marine biology.

Barents Sea ecosystems supports one of the most economically valuable fisheries on Earth. But the high latitudes are changing drastically with the climate changes. It is uncertain if and how the future Barents Sea will function in the future. Will food web interactions change and current species disappear and be replaced by other taxa? This challenging question is the major focus of the Norwegian Arven etter Nansen project supported by other ongoing research.

In May 2021, the research and education network ARCTOS teamed up with Arven etter Nansen to investigate the biology in the dynamic frontal zone between Arctic and North Atlantic water masses in the so-called Polar Front region east of Svalbard. During the 11-day long expedition onboard Helmer Hansen (a UiT research vessel), we did not only conduct cutting edge research but also provided a framework for education of early career scientists as part of the UiT course BIO-8510.

Study area and station map of the ARCTOS-AeN Polar Front study (ARCTOS).

The expedition crossed the Polar Front twice and collected samples. We wanted to explore and understand the distribution patterns and activity of plankton, fish, seafloor living creatures, marine mammals, and relate these patterns and their activities to how this frontal zone was structured. Was it just a boundary, separating Arctic from Atlantic domains and species? Or does it have unique dynamics leading to e.g., enhanced food availabilities to sea birds and marine mammals creating an oasis in the desert?

In addition to the use of traditional sampling devices , we used innovative new tools. These new tools were two gliders and two sailbuoys (sponsored by Equinor) and fast repetition rate fluorometers. They provide insights into both the small-scale distributions and physiology and broad-scale distributions of marine organisms which is not possible to be assessed with normal ship-board instruments. Sea ice limited our ability to trawl and use gliders in the northern part of the Polar Front, but provided us with a short insight into the life of two polar bears. The crew of Helmer Hanssen provided us with outstanding support to our many wishes, not minding the frequent adjustments of the scientific program.

Our first results show that we sampled a well-developed frontal system with clear separation of Arctic and Atlantic water, combined different community patterns on all trophic levels. We also encountered an exceptionally strong microalgal spring bloom, dominated by millions of diatom microalgae in the water column. Further conclusions must wait now for the data analyses which are currently conducted and will be summarized at the upcoming AeN annual meeting, and a dedicated Polar Front workshop end of this year.

Examples of microalgal species encountered during the expedition (R. Gradinger).

The PhD level teaching component (BIO-8510), organized through ARCTOS and UiT, attracted 15 early career scientists from Norwegian, UK and US universities. They had widely ranging interests, from remote sensing, ocean physics to marine mammal acoustics. All students participated in research programs, whether it was algal activity measurements or the study of benthic macrofauna. Participating senior researchers came from Akvaplan-niva, NINA, and UiT. This experience provided the students with a unique training in Arctic Systems Science, a holistic view looking at interconnections between different components of the living and non-living parts of the Barents Sea. Without the excellent student engagement, their energy and commitment, this expedition would not have been able to achieve the broad scientific success that we had. Although the course has officially ended, the participating students have been invited to be involved in future sample analyses, data processing and manuscript writing.

Students analysing zooplankton samples (R. Gradinger).

The cruise participant nationalities included Brazil, Canada, China, Cyprus, Denmark, France, Finland, Germany, Iran, Norway, Pakistan, Philippines, Switzerland, UK, and USA. The combination of home institutions and diversity of nationalities allowed all participants to further build their networks of scientific connections and culture experiences – both important attributes for successful career and personal growth.

Celebrating May 17, 2021 onboard Helmer Hanssen (ARCTOS).

To make reasonable predictions is a task given rightfully to us scientists from the public. Such predictions can only be as good as the data that are used to develop them. Only field-going research like this AeN and ARCTOS partnership can solve the puzzle how the future Barents Sea will work, and if it will continue to sustain one of the most economically important fisheries on Earth. Therefore, information from our cruise is critical as the Barents Sea is a sea in change, driven by multiple human stressors. This research will continue as we in an ARCTOS consortium were just awarded funding from the Norwegian Research Council (in cooperation with Equinor and Conoco Philips) to continue our Polar Front research through further seasonal research cruises and extended science missions with May 2022 as next targeted time window, again together with BIO-8510.

Further reading:

En reise til det kjente ukjente.

Livet på havbunnen.

Fyrstehandserfaring om bord FF Helmer Hanssen.

Der det varme Atlanterhavsvannet møter Arktisk kulde.

ARCTOS-Nansen Legacy Polar Front cruise.

Where the Atlantic heat meets the Arctic Cold.

Departure into the known unknown.

First experience onboard the RV “Helmer Hanssen”.

Life at the seabed: studying bottom-dwelling fish and invertebrates across the polar front.

BREATHE skal finne ut hvordan det vil gå med havisalgene i fremtiden

Et nytt prosjekt, BREATHE, skal forske på havisalger i Arktis. Havisalgene er viktige i det marine miljøet. Men vi vet for lite om hvordan de lever i isen og hvordan de påvirkes av klimaendringene. Da er det vanskelig å spå hva som vil skje med dem og de som er avhengige av dem. BREATHE vil forske sånn at vi får bedre modeller for hva som vil skje med havisalgene i fremtiden.

Havisalger lever i isen i de polare områdene. Foto: Karley Campbell

Havisalger er alger som lever i isen rundt polene. De er en viktig del av næringskjeden fordi de er mange og fordi de har fotosyntese. Fotosyntese får dem til å fange CO2 og bruke den til å lage oksygen og mat til andre, det kalles primærproduksjon. Havisalger slipper også ut CO2 og bruker O2 gjennom det som heter respirasjon. Reparasjonsprosessen i algene vet vi ikke noe om enda. Primærproduksjonen og respirasjon går opp eller ned med variasjoner i lys og næring. Det betyr at gassene og maten som algene gir til miljøet endrer områdene der de lever. BREATHE-prosjektet vil finne ut hvordan. Endringene i hva algene gjør og tilgang til næring er ikke godt representert i modeller som kan brukes til å forutsi fremtiden for havisalger. BREATHE vil lage bedre modeller for å forutsi hva som skjer med havisen. De bedre modellene vil ta med algenes tilgang til næring og respirasjonsprosessen. I fremtiden kan vi bedre vite hva som skjer med havisenes alger, gassene de produserer og helsen til polare marine miljøer når det er endringer i klima og miljø.

En havisalge. Foto: Karley Campbell

Prosjektet har fått 8 millioner kroner fra Forskningsrådet og vil pågå frem til 2025. Partnerne i prosjektet er UiT, Polarinstituttet, universitetet i Aarhus, GINR på Grønland, universitetet i Manitoba og universitetet i Calgary.

MOSAiC: An inside look at the largest Arctic expedition in history

Written by postdoctoral fellow Jessie Gardner, AMB.

MOSAiC was the largest ever expedition to the Arctic, with one purpose: to improve our understanding of climate change.Dr Jessie Gardner, from the Department of Arctic and Marine Biology (UiT), was on board during the summer and shares her insights from this exceptional scientific campaign.

Unravelling the mysteries of the Central Arctic Ocean

In 2019 the German research icebreaker, Polarstern, set sail from Tromsø bound for the Central Arctic Ocean, the epicentre of climate change. Once there, the ship allowed itself to become trapped in the ice for a year, drifting alongside an ice floe with the speed and direction of the winds and currents alone. The idea follows that of the Norwegian researcher and explorer Fridtjof Nansen, who set sail on the first ever drift expedition with his wooden sailing ship Fram 127 years ago. The Polarstern was laden with state-of-the-art scientific equipment. Throughout the year, 442 experts from 70 institutions in 20 different countries took part in the field campaign, which was supported by six other ships, several aircraft and hundreds of others on land.

The Polarstern reached the northern Laptev Sea by mid-October 2019, located a suitable ice floe and set up a small floating city of scientific instruments in time for the polar night. With temperatures plummeting to -42°C and fierce winds transforming the ice around them, researchers battled to sample the floe in the darkness. Ultimately, they succeeded, giving us a rare glimpse into the central Arctic Ocean environment during the winter while the sea ice thickened beneath their feet.

The Russian icebreaker Kapitan Dranitsyn alongside the Polarstern during the wintertime in the central Arctic Ocean. Photo: Esther Horvath.

Research expeditions into the central Arctic Ocean have traditionally be fraught with problems and MOSAiC was no exception. Some of them were predictable and had been considered during the decade of planning, such as the Russian icebreaker Kapitan Dranitsyn being much delayed by the strength of the winter ice pack. Other issues were completely unforeseen, like the declaration of a pandemic around the world- just as the spring rotation of participants, crew and re-supplies was planned.

It was this rotation that I was scheduled to be part of part of “Team ECO” and the HAVOC project (Ridges – Safe HAVens for ice-associated Flora and Fauna in a Seasonally ice-covered Arctic Ocean). HAVOC is the largest Norwegian project to participate in MOSAiC, led by the Norwegian Polar Institute and funded by the Research Council of Norway. HAVOC aims to investigate sea ice ridges and their role in the Arctic sea-ice system. However, there were moments where it seemed like the MOSAiC field campaign might have been abandoned completely…

How to continue research during a global pandemic

The first hint of the seriousness of coronavirus came after I had attended a polar bear protection training course at the beginning of March in Germany. We were all tested for corona as a precaution, and one of the participants tested positive! I received the news while making a pit stop in the U.K. and immediately went into 2 weeks of quarantine. During those 2 weeks, coronavirus shifted from being a distant issue to a severe threat around the world. Straight after, countries went into lockdown, borders closed and plans for the Spring personnel exchange from Svalbard to the Polarstern were abandoned.

The MOSAiC coordinators, led by the Alfred Wegener Institute, Helmholtz Centre for Polar and Marine Research (AWI), worked tirelessly to find an alternative despite airports, military facilities and seaports worldwide shutting down. First, we gained special permission to travel to Germany, underwent testing and then quarantined in isolation for two weeks. After I boarded the research vessel Maria S Merian and spent another two weeks sailing to Svalbard, sleeping in a modified container chained to her deck. The Polarstern had to leave the camp and floe temporarily for the personnel exchange. Unfortunately, this was at the cost of capturing the crucial time when the ice begins to melt, but this is a small price to pay compared to abandoning the expedition altogether.

I could hardly believe it when we finally reached the floe. Photos of sea ice from above makes it seem like a vast expanse of white, flat nothingness but actually this landscape is a diverse and beautiful- littered with tall ice blocks, jagged ridges, leads, cracks and melt ponds which change before your eyes. Now, we could finally get stuck into the science!

Home sweet home! Extra accommodation was needed on the Maria S Merian so many of us slept in converted containers chained to the deck. Photo: Jessie Gardner.

Going with the “floe”

Team ECO collected thousands of samples and measured a diverse suite of ecological and biogeochemical properties from snow, ice, and seawater. With the Polarstern as our base, we built onto the time series capturing the variability of the Arctic system. The dynamic nature of the Arctic and how fast the world around you can transform was something that really struck me. There were new cracks opening and closing throughout the floe, as well as melt ponds and streams forming and draining which we would have to jump over or wade through on the way to collect the samples. These events would be accompanied with a cascade of processes and pulses of life within the associated ecosystem. We were only able to capture these through intensive sampling bouts, working on the ice for 24 hours straight, powered by copious amounts of coffee and gummy bears.

You had to be constantly vigilant, since below us was thousands of meters of seawater, and a polar bear could emerge from the sea ice rubble any time! We were lucky during our time on the floe in that we experienced long periods of calm weather with perpetual bright sunshine. Occasionally there were some very foggy days where it was too unsafe to work on the ice due to poor visibility hindering polar bear guarding.

Team ECO during Leg 4 of MOSAiC. Left to right: Celia Gelfman, Allison Fong, Jessie Gardner, Giulia Castellani, Oliver Müller, John Paul Balmonte and Katyanne Shoemaker. Photo: Lianna Nixon.

Breaking boundaries: working together for a common goal

The name MOSAiC (Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate) reflects the complexity and diversity of the science during the expedition. The MOSAiC field campaign provided an unparalleled opportunity to simultaneously observe and measure the temporal evolution of a number of co-varying Arctic climate system variables from the central Arctic atmosphere, ocean, and ice. With this mindset I was amazed how much more we were able to achieve by working together. For example, it would have been impossible to have collected the number of samples for the HAVOC project that we managed, without others volunteering their precious free time to help. Working across these disciplines and breaking down the boundaries between traditional subjects will give new perspectives on the central Arctic, and it is here that ground-breaking discoveries could be made.

Participants from 70 institutions in 20 different countries took part in the field campaign where everyone worked towards a common goal. Photo: Jessie Gardner.

The expedition has ended, but the research is only just beginning

While the field campaign has ended, MOSAiC is by no means over. Samples are now being shipped to various institutions around the world to be analysed. These, alongside the suite of measurements taken by other teams will likely take the scientific community over a decade to analyse the data collected on MOSAiC. Through virtual meetings we have kept the cross-cutting discussions alive and we already have ideas of combining data and theories in unique and exciting ways. These data and observations will be fundamental to improve our understanding of climate change, and help inform pressing political decisions on climate protection.

On its return in October 2020 the Polarstern offloaded thousands of samples which are being shipped around the world for further analysis. Photo: Jessie Gardner.

 

Student Daniel finner molekyler i havdyr som kan bli nye medisiner

Skrevet av forsker Kine Østnes Hansen ved Marbio, Norges fiskerihøgskole.

I forskningsgruppa Marbio leter vi etter nye molekyler som kan utvikles til medisiner. Vi leter i planter, dyr og mikrober som lever i havet, fra kysten vår og opp til Nordpolen. Molekylene vi finner kan for eksempel brukes mot kreft og bakterier. Masterstudent i bioteknologi, Daniel Simonsen, er 24 år og kommer fra Vadsø. Han begynte i høst og skal være en del av vår forskningsgruppe i 10 måneder. Hos oss skal han finne og isolere molekyler fra et marint mosdyr, finne ut hvordan molekylene er bygd opp og teste hva de kan brukes til. Prøven Daniel skal jobbe med ble samlet inn fra havbunnen i Hinlopenstredet, som ligger mellom Spitsbergen og Nordaustlandet, i 2019.

I denne trålhaugen ligger flere kolonier av mosdyret som Daniel jobber med. Etter at (f.v.) Eivor, Renate, Gunilla og Gregg var ferdig med sorteringen, ble prøven sendt til Marbio for videre analyse.  Foto: Espen H. Hansen.

Vi mennesker har alltid brukt naturprodukter for å få bedre helse. Tannanalyser av neandertalerne viser at de tygde på bark, som vi nå vet inneholder salisylsyre. En variant av salisylsyre brukes fremdeles som smertestillende i medisinen Aspirin. Andre kjente eksempler på medisiner fra naturen er morfin og antibiotika. Faktisk har over 50% av alle medisiner opphav fra naturen. Felles for de fleste er at de kommer fra dyr, planter og bakterier som lever på land. Dette  er fordi livet på land  er mer tilgjengelig for oss mennesker sammenliknet de som lever i havet. Planter, dyr og mikrober som lever i havet har samme rike innhold av molekyler som livet på landjorda. Ny teknologi har gjort det mulig å samle inn flere marine arter, og vi begynner å få medisiner med opphav fra havet. Men havet er stort, og bare en brøkdel av livsformene som lever her har blitt undersøkt for innhold av molekyler som kan videreutvikles til medisiner. Havområder i Arktis, der vi i Marbio samler inn prøver, er lite undersøkt. Siden det er så stor del av dagens medisiner som stammer fra naturen er det ikke vanskelig å forstå hvorfor vi er motiverte til å lete etter nye medisiner der ingen har lett før.

Forskningsgruppen Marbio har i dag 15 ansatte og 3 masterstudenter. Professor Jeanette H. Andersen (fremst t.h.) er gruppeleder. De ansatte har bakgrunn fra bioteknologi, biokjemi, mykologi, farmasi, virologi og molekylærbiologi. Vi har arbeidssted i Siva innovasjonssenter Tromsø. Vi har en variert arbeidsdag og mange spennende prosjekter på gang. Marbio er en flott plass å jobbe!

Det er flere grunner til at Daniel skal lete i mosdyr etter molekyler som kan videreutvikles til medisiner. Mosdyr er invertebrater (virvelløse dyr). Det betyr blant annet at de ikke har like bra immunsystem som oss mennesker. De fleste mosdyrene sitter fast på en plass på havbunnen, hvor de får næring ved å filtrere sjøvann. Det gjør at de er sårbare for angrep fra rovdyr og bakterier, eller kan bli overgrodd av andre arter. For å overleve produserer flere av invertebratene molekyler som er giftige for artene som truer dem, som en måte å beskytte seg. Molekylene er blitt bedre og bedre gjennom evolusjon: dyrene som lagde molekyler som ga best beskyttelse, overlevde. Det er denne molekyltypen Daniel ønsker å finne. Marbio har lang erfaring med å analysere biomasse fra invertebrater. Tidligere har vi blant annet funnet molekyler som fungerer mot brystkreftceller i et nesledyr (Thuiaria breitfussi) fra havet utenfor Bjørnøya (1). Flere masterstudenter har også gjort liknende arbeid som det Daniel gjør nå (2). Vi leter også etter aktive molekyler fra marine bakterier og sopp.

Marbio deler kontorlandskap med Marbank, den nasjonale marine biobanken. Her studerer Daniel det rike utvalget av prøver vi har tilgang til.

Daniel startet arbeidet med kjemisk analyse av et ekstrakt fra mosdyr. I ekstraktet fant han det vi tror er et kjent molekyl og fire som vi tror er nye. Etter å ha funnet disse begynte den tidskrevende oppgaven med å isolere forbindelsene. For å gjøre dette brukte Daniel avansert kjemisk utstyr som kan trekke ut enkeltmolekyler fra ekstraktet. I metoden, der vi bruker noe som heter en HPLC-kolonne, sorteres molekylene etter hvor fettløselige og vannløselige de er. Det gjør at vi får rene forbindelser som vi kan analysere videre.   Etter flere måneder på kjemilaben er flere av prøvene til Daniel isolerte og klare til at vi skal finne ut hvordan de er satt sammen.

Daniel jobber med kjemisk isolering av fire antatt nye og et kjent molekyl fra mosdyrekstraktet.

Daniel skal finne ut hvordan molekylene er bygget opp med en kjemisk teknikk som heter NMR spektroskopi. Det skal han gjøre sammen med forskeren Johan Isaksson ved institutt for kjemi, UiT.

Utvalgte NMR spekter fra den tidligere kjente forbindelsen i Daniel sin mosdyrprøve. Spektrene forteller oss egenskapene til proton og karbonatomene i prøven, og hvordan disse atomtypene er plassert i forhold til hverandre.

Nå på våren skal Daniel teste om molekylene han  har funnet kan brukes mot blant annet kreftceller, bakterier, sopp og mot bakteriell biofilm. Kort forklart testes stoffene i ulike konsentrasjoner mot de forskjellige målene. Både for å se om de er «aktive» (om de fungerer) og for å finne ut hvor kraftig aktiviteten er. Medisiner må virke kun på det de skal treffe i kroppen vår. Dette er for at medisinen skal virke godt nok og ikke gi for mange bivirkninger. Det beste i en slik første testrunde er at stoffene viser aktivitet i en av testene. Hvis et stoff for eksempel viser aktivitet mot en kreftcelletype betyr det at stoffet kan videreutvikles til en målrettet kreftmedisin. Det betyr en medisin som bare virker på syke celler og ikke ødelegger friske celler i kroppen. Tidligere har Marbio funnet molekyler som virker bare mot brystkreftceller (1). Når vi testet disse stoffene så vi at brystkreftcellene døde, mens andre celletyper ikke ble påvirket. Vi jobber nå med å forstå hvilke prosesser inne kreftcellene molekylet «angriper». I tillegg jobber vi i Marbio med flere stoffer vi har oppdaget. Blant annet jobber vi med stoffer mot blodkreftceller og som forhindrer at insulinproduserende celler hos pasienter med diabetes type I dør.

Dette er de første resultatene som viste oss at vi hadde funnet marine molekyler som virket mot brystkreftceller. I de lilla brønnene er det levende celler, i de gule brønnene er cellene døde. Et av molekylene er her testet i en konsentrasjonsserie mot brystkreftceller, hudkreftceller og normale lungeceller. Vi så en målrettet effekt mot brystkreftcellene og at stoffet var aktivt ved lave konsentrasjoner. Hudkreftcellene og lungecellene ble ikke påvirket av stoffet.

Hva vi skal gjøre videre med molekylene Daniel har funnet vil de første testrundene vise oss. Hvis stoffene er aktive mot kreftceller kan vi gjøre oppfølgingsstudier for å få en forståelse av hvordan kreftcellene dør. Dette kan inkludere ulike stadier av cellesyklusen, om molekylene påvirker signalene imellom cellene eller om cellene dreper seg selv (dette kalles apoptose). Daniel sin masteroppgave vil være tilgjengelig i Munin i slutten av mai 2021.

(1) Molekyl fra havet dreper brystkreftceller.

Hvem spiser hvem – er det parasittene som avgjør?

Skrevet av Eirik Haugstvedt Henriksen, forskningsgruppa Freshwater Ecology

Du har kanskje hørt om parasitter som gjør mus kåte på katter, forårsaker selvmord hos verten sin eller gjør marihøner om til zombier? Hvis ikke må du sjekke ut denne linken!

Slike beskrivelser er pepret med metaforer og overdrivelser, og heldigvis finnes det ingen parasitter som gjør verten om til hjernespisende monstre. Likevel er det et faktum at mange parasitter får sin vert til å oppføre seg ganske annerledes enn «normalt». Parasitter som endrer adferden til verten, øker gjerne sannsynligheten for at den selv blir videreført til neste vert i livssyklusen. Hva betyr dette for økosystemene våre?

Illustrasjon: Trepigget stingsild.

I mange innsjøer langs kysten av Norge finner vi en liten fisk som heter trepigget stingsild. Den har, som navnet tilsier, pigger på ryggen og magen som en beskyttelse mot å bli spist. Dette forsvaret har den utviklet gjennom evolusjonen over titusenvis av år. På tross av dette er stingsilda et viktig byttedyr for større fisker som ørret og fugler som siland. Faktisk observerer vi at mange stingsild svømmer fryktløst rundt i vannet. De bryr seg ikke nevneverdig om en predator (eller en biolog) nærmer seg, som du kan se i denne videoen.

Stingsilda i videoen er infisert med stingsildmark. Stingsildmarken er avhengig av at stingsilda blir spist av en fugl for å fullføre livssyklusen sin. I fugletarmen produserer den voksne stingsildmarken egg som slippes ut med avføringa til fuglen. Havner dette i en innsjø klekker eggene til små larver som spises av hoppekreps. Hoppekrepsen blir da infisert. Og hvis ei stingsild spiser hoppekrepsen og en fugl spiser stingsilda, er livssyklusen komplett!

Illustrasjon: Livssyklusen til stingsildmark. Parasitten legger egg i fugletarmen, og fuglen er dermed “sluttvert” for denne parasitten.

Veldig mange ulike parasitter utviklet slike kompliserte livssykluser for å videreføre genene sine. Det er blant annet disse vi i ferskvannsgruppa forsker på.

Har slike parasitter egentlig noe å si i et økosystem? Eller er de bare noen kuriøse skapninger som har plass i fascinerende og litt skremmende anekdoter?

Svaret på det siste er et klart nei! Ved å gjøre stingsilda mer sårbar for å bli spist, bidrar stingsildmarken til at en stor energikilde blir lettere tilgjengelig for fuglen (predatoren). Fuglene får i seg masse energi, men blir jo samtidig infisert av mange parasitter. Dermed kan det nok diskuteres om nettoeffekten av dette er positiv eller negativ for fuglene.

Infiserte stingsild blir også et enkelt bytte for andre predatorer, som for eksempel ørret. I ørreten dør stingsildmarken. Ørret er i så måte en blind endestasjon for parasitten.

I Takvatnet i indre Troms ser vi at ørret som spiser mye stingsild kan bli store og veie flere kilo. Men heller ikke her kommer stingsildbeitinga uten kostnader. Som denne videoen viser, er nemlig stingsilda infisert med flere andre arter bendelmark, som måsemark og fiskandmark.

I motsetning til stingsildmark dør ikke bendelmarkene når de spises av andre fisk – de reinfiserer fisken. Man kan finne hundrevis av dem i cyster på fiskens mage. Noen ganger kan infeksjonen bli så stor at cystene også finnes i kjøttet, slik bildet viser.

Gyteklar røye som har spist fisk og blitt infisert med tusenvis av fiskandmark og måsemark som ligger inni cyster utpå innvollene (foto: Eirik Haugstvedt Henriksen).

Som økologer er vi interessert i hvordan energien i et økosystem utnyttes av de ulike organismene som lever der. For å se på dette, lager vi gjerne en oversikt over hvem som spiser hvem – et såkalt næringsnett. Ved å endre adferden til stingsilda, påvirker stingsildmarken strømmen av energi til predatorer. De påvirker også overføringen av andre parasitter til både fisk og fugl. Stingsild med stingsildmark har dermed en helt sentral rolle i næringsnettet.

Marflomarken

En mindre studert, men minst like spektakulær parasitt som finnes i våre vann og vassdrag, er marflomarken. Denne bendelmarken infiserer tangloppen marflo, som er kjent som et meget profitabelt byttedyr for bl.a. ørret og røye. Fiskene blir infisert ved å spise infisert marflo, og marflomarken blir voksen i tarmen til fisken hvor den reproduserer. Som vi kan se i denne videoen, vokser parasitten seg diger inni marfloa.

Påvirker denne parasitten marfloas adferd? I Takvatnet og Fjellfroskvatnet har vi samlet marflo som svømmer fritt rundt i innsjøen, og fra magesekkene fra røye. Deretter sammenliknet vi infeksjonene av marflomark i de to gruppene. Det gir en indikasjon på om infisert marflo har større risiko for å bli spist av røye, enn de uten parasitten.

Og svaret er klinkende klart: Andelen infiserte marflo fra fiskemagene var hele åtte ganger høyere enn i innsjøen! Infiserte marflo oppfører seg trolig på en måte som gjør den til et enklere bytte, noe som er forståelig når man tar den relativt enorme størrelsen til parasitten i betraktning. Denne parasitten er ikke farlig for mennesker. Og ettersom den lever inni fisketarmen legger vi som regel ikke merke til den. For røya er likevel infeksjonene trolig forbundet med en betydelig kostnad. Så bør røya unngå å spise infisert marflo? Vi har fått tilgang på røye fra innsjøer i Dividalen, hvor de nesten utelukkende spiser marflo. Røya her er kjent for sin formidable vekst og nydelige kvalitet. Likevel fant vi at fisketarmene var proppfulle av marflomark. Det kan tyde på at fordelene ved å beite marflo oppveier kostnadene ved å bli infisert av parasitten.

Parasitter som endrer adferden til verten påvirker nødvendigvis ikke bare strømmen av energi oppover i næringsnettet. Marflo er en økologisk viktig art. Den bryter ned dødt plantemateriale og gjør denne energien tilgjengelig for predatorer. I tillegg til marflomarken er marfloa infisert av flere andre ulike parasitter som bruker fisk og fugl som sluttvert. Dersom disse påvirker beiteadferden til marfloa, vil det påvirke energistrømmen i hele systemet. Ved hjelp av eksperimenter håper vi i fremtiden å kunne svare på hvordan parasittinfeksjoner påvirker beiteadferden til marflo, snegl og andre verter i ferskvannsystemer.

Som vi ser er parasitter viktige brikker i økosystemene. Studiene vi hittil har gjort har skrapt litt i overflaten av den økologiske betydningen av parasitter. De fleste spørsmålene er ubesvarte. Med klimaendringer forventer vi at flere sørlige vertsarter trekker nordover. Og med disse kommer en rekke nye parasitter. For å forstå hvordan økosystemene vil respondere på slike endringer, må vi kartlegge mangfoldet av parasitter og forske videre på deres økologiske rolle.

Hjernens termostat

Skrevet av Vebjørn Jacobsen Melum, forskningsgruppen Arctic Chronobiology and Physiology 

Jorda roterer rundt sin egen akse og samtidig går den i en elliptisk bane rundt sola. Ved å rotere rundt sin egen akse skaper den natt og dag for majoriteten av verdens befolkning. Ved å gå i bane rundt sola skapes årstider. Både natt og dag og årstider er rytmiske hendelser som gjentar seg, dag etter dag, og år etter år. I de polare områdene er de lysmessige endringene gjennom et år fenomenale. Det går fra 24 timer med mørke til 24 timer med fullt dagslys. Som en følge av denne ekstreme endringen i lysinnstråling og temperatur er det store svingninger i planteproduksjon. For dyr som lever av å spise planter, går det fra perioder med overflod til perioder med minimal næringstilgang. For å overleve i et slikt miljø, hele året, kreves intrikate tilpasninger. Det finnes utallige av dem, og en av dem er å gå i dvale i den del av året som byr på ugunstige næringsforhold.

Arktisk jordekorn (foto: Shona Wood)

Et av de mest ekstreme eksemplene er arktisk jordekorn. De lever i Nord-Amerika og Sibir, og tilbringer opp til 8 måneder av året under jorda i sine hi hvor de ligger i dyp dvale. Ved hjelp av denne livsstrategien sparer de energi, men hvordan kan de klare å svitsje mellom full aktivitet og en nærmest komatøs tilstand?

 

De fleste pattedyr har en kroppstemperatur på rundt 36-37 grader. Denne høye temperaturen sørger for effektiv drift av kroppslige funksjoner. Muskulatur eller fordøyelse fungerer uavhengige av dagens værmelding, på en helt annen måte enn hos vekselvarme dyr som frosk og slanger. Likevel har det en pris. En høy kroppstemperatur forutsetter et høyt stoffskifte (metabolsk aktivitet), altså at kroppen bruker mye energi bare på å holde seg i gang (hvilemodus). Derfor vil en lavere temperatur gi lavere metabolsk aktivitet og mindre energi vil brukes per tidsenhet (sparebluss). Og det er dette prinsippet dyr som kan gå i dvale utnytter til sin fordel, i en unik energisparende strategi. For mange gnagere, som arktisk jordekorn, er i stand til å senke kroppstemperaturen sin til nær omgivelsestemperaturen. «Verdensrekorden» er så lavt som -2.9 grader, det vil si under frysepunktet til vann! Hvordan i alle dager kan et pattedyr tolerere å ha en så lav kroppstemperatur og hva er det som utløser denne dramatiske endringen?

Hjernens termostat (illustrasjon: Shona Wood, Vebjørn J. Melum)

For å forstå det må vi se til hjernen. Inne i hjernen er det et kontrollsenter for kroppstemperatur. Den ledende teorien om hvordan et pattedyr kan nå minusgrader, er at hjernens termostatfunksjon er blitt skrudd ned til, nettopp, minusgrader. Hvis hjernen sier at minusgrader er greit, ja da iverksettes ingen motstandsmekanismer for å forhindre at kroppstemperaturen faller så lavt. Kroppen lar seg rett og slett kjøle ned av omgivelsene. Men hjernen aksepterer ikke alt. Det kommer en nedre grense for hva hjernen og kroppen tåler. Når grensen nås, ringer alarmbjellene.

Gnagerkroppen starter da å aktivt produsere varme, akkurat som en ovn som får beskjed av termostaten at temperaturen er for lav. Og sånn kan et arktisk jordekorn holde det gående. Det kan ligge i sitt hi, sammenkrøllet og holde en jevn kroppstemperatur på rundt minus 1 grad i en måned. Men, med så lave temperaturer, hvordan kan hjertet fortsette å slå slik at blodet sirkulerer? Hvordan kan cellene i hele dyret få det oksygenet og energien de trenger? Og hva skjer så etter en hel måned i denne tilstanden?

Hamster i dvale (foto: Vebjørn J. Melum)

Våken hamster (foto: Vebjørn J. Melum)

 

 

 

 

 

 

 

Etter en måned begynner temperaturen plutselig å stige igjen. Hurtig stiger den tilbake til «normal» kroppstemperatur på rundt 36-37 grader. Her holder den seg i noen timer, mens gnageren fortsatt ligger sammenkrøllet som en ball og tilsynelatende sover, før den returnerer ned til minusgradene. Hvordan hjernen igangsetter og kontrollerer vekslingen mellom dyp dvale og oppvåkning/gjenoppvarming vet vi fortsatt ikke. Vi vet heller ikke nøyaktig hvor hjernens termostatfunksjon er lokalisert, eller hvordan den blir regulert for å bestemme når et dyr skal gå inn i dvale.

Det vi vet er at det er et uhyre spennende forskningsområde som vi i forskningsgruppen Arktisk kronobiologi og fysiologi prøver å finne svar på. Om vi lykkes i å forstå hvordan jordekornet skrur ned hjernens termostat vil det ha potensiale til å kunne brukes i en rekke medisinske sammenhenger. Blant annet hvordan man kan minimere systemisk vevsskade ved hjertestans og slag, og hvordan man kan bevare organer som skal transplanteres.

Searching the Arctic ocean for novel antimicrobials – our first research cruise experience

Written by Andrea Iselin Elvheim and Ataur Rahman.

Sea ice.

In august we attended a research cruise on the research vessel “Kronprins Haakon”, the Biodiscovery Cruise 2020. We were three scientists from our group: The Marine Bioprospecting Group, together with 14 other scientists mainly from UiT. The aim of our group was collecting marine invertebrates, marine sediments, and marine bacteria for discovering bioactive compounds. The discovery of novel bioactive compounds is important in combating the increasing amount of antimicrobial resistance in bacteria and finding new medicines. New compounds can also be useful in research and other industries.

The participants from the Marine Bioprospecting Group: Ataur Rahman, Klara Stensvåg and Andrea Iselin Elvheim, on Bear Island.

We started in Longyearbyen 4th of August and travelled north towards the ice edge. Our first sample was from the northernmost part of the cruise. Then, we sampled while moving south along the Atlantic Ridge. A major highlight was sampling from the Molloy Hole, the deepest part of the Arctic Ocean, with approximately 5550 m below the surface. With the help of the experienced crew, we finally succeeded in collecting sediments after three unsuccessful tries. We also sampled around and on Bear Island, before we travelled back home to Tromsø on 22nd of August.”

The stations where we collected samples.

In the northernmost parts of our journey, we got to experience large amounts of drift ice, a truly fascinating sight. After a week of nice weather and almost completely calm waters, we encountered the rough, undulating sea and experienced seasickness for the first time. That cost us one day of working! We went ashore on Bear Island, on a beautiful beach below a bird cliff with unfathomable amounts of birds. There were several species of birds including fulmars, seagulls and puffins. After the final sampling near Bjørnøya, we had the chance to catch some fish. We enjoyed sorting the fish, learning how to cut filets, and got to taste some fresh shrimps on board.

Puffins on Bear Island. Foto: Aleksander Eeg.

Life on board followed specific routines. It revolved around meals and collecting samples, in that order. We were sampling continuously through the day and night, and therefore had to work in shifts. Between the meals, our shifts, and when waiting for samples we had some spare time. This was mainly spent socialising, sleeping, reading, watching movies, exercising, knitting, or watching whales and birds. Parts of the journey, a young falcon accompanied us, after he lost his course and got stranded on the ship. He soon won everyone’s hearts and became the mascot of the cruise.

The falcon visiting RV Kronprins Haakon during the cruise. Foto: Aleksander Eeg.

For our group the sampling mainly consisted of isolating bacteria from marine invertebrates and marine sediment. We collected marine invertebrates, such as sponges, sea stars, sea anemones, and bryozoans from the bottom of the sea using a beam trawl, a small trawl that moves along the bottom. First, we rinsed the contents of the beam trawl were of sediments. Then, we sorted the animals. We crushed interesting invertebrates with sterile salt water, and plated this on agar plates. To collect sediments we used a box corer, a box with a lid for the bottom that closes after the box has been pressed into the sediments. The sediments are trapped in the box exactly as they were on the seabed. After collecting sediments we mixed it with sterile salt water and plated it on agar plates. In addition to growing bacteria, we also froze down big quantities of animals for chemical extraction of compounds.

The marine invertebrates we collected from the Molloy Hole.

Taking sediment sample from the box corer.

Now that we are back in Tromsø, we will continue with isolation, identification and characterization of interesting marine bacteria that could be a potential source of bioactive compounds. We are excited about getting some new equipment that will help with identifying bacteria, and we are optimistic that we will get some good results. For the two of us, this was our first research cruise. We had many new and amazing experiences, got to know some new people, and hopefully we will get some interesting results, helping us towards finishing our PhDs.

Bacteria from one of the marine invertebrates.

 

Et liv i isolasjon

Skrevet av Professor Jørgen Berge.

De fleste av oss har de siste månedene opplevd at livet har endret seg, for noen med isolasjon og karantene, som kan føles traumatisk. Da kan det være en trøst å vite at andre har det like vanskelig, kanskje til og med verre …

En gule flyteenhet med begroing der organismer har levd i isolasjon, sannsynligvis hele sitt liv. Jørgen Berge i bakgrunnen. Foto: Malin Daase.

Som en del av et forskningsprosjekt rettet mot døgnmigrasjon og biologiske klokker hos den lille raudåta (en hoppekreps med det latinske navnet Calanus finmarchicus), har en gruppe forskere fra UiT jobbet i Ramfjorden utenfor Tromsø siden tidlig i 2019. Ved hjelp av jevnlige og regelmessige innsamlinger av levende dyr har vi kunnet ta disse tilbake til laboratoriet på universitetet og gjort målinger i et kontrollert miljø for å karakterisere deres døgnrytme. Men for å kunne relatere denne til vandringer i fjorden og ikke minst til de miljøvariablene (lys, temperatur, saltholdighet m.m.) som er med på å styre døgnrytmen til disse dyrene i naturen, har vi også hatt et havobservatorium stående ute i fjorden. Det har stått forankret på 125 meters dyp, med en vaier opp til en flyteenhet cirka 15 meter under havoverflaten. Langs vaieren hadde vi plassert ut en rekke sensorer og instrumenter som har gjort kontinuerlige målinger fra vi satte ut observatoriet i mars 2019 og frem til det ble hentet opp i juni i år.

Da vi nylig var ute med forskningsskipet «Helmer Hanssen» for å hente inn observatoriet, gikk mine tanker i retning av covid-19 og den situasjonen vi alle har befunnet oss i den siste tida. For midt ute i fjorden, på cirka 15 meters dyp, levde det to små sjøstjerner sammen med mange andre fastsittende organismer. Nå er ikke det at det gror på installasjoner under vann noe spesielt – alle båteiere fører en årlig kamp mot organismer som fester seg og vokser på undersiden av båten over tid. Også på havobservatorier kan sensorene ofte bli dekket av alger, rur, anemoner, sekkedyr og andre organismer. Men synet av de to små sjøstjernene fikk meg til å tenke på covid-19 og på en gammel biologisk «lov» som også kalles for Thorson’s rule. Disse to sjøstjernene har med all sannsynlighet kommet dit som larver og har deretter levd hele sitt liv i fullstendig isolasjon. De aller fleste sjøstjernene har frittlevende larver som lever de første ukene av sitt liv i vannmassene, før de som små voksne slår seg ned på havbunnen. Den havbunnen disse sjøstjernene fant var en gul metallkule midt i havet. Her fant de et hjem og mat og utviklet seg, fra de som larver slo seg ned en gang i fjor sommer.

Dette med frittlevende larver i polare strøk er noe som har opptatt biologer i svært lang tid, helt tilbake til den britiske oppdageren Sir James Clark Ross (1800-1862). Ross er i dag kjent for sine ekspedisjoner i både Arktis og Antarktis, og gjorde tidlige undersøkelser av dyrelivet på havbunnen både i dyphavet og i de polar strøk. Han registrerte mange likshetstrekk mellom organismene som lever her, og mente at det derfor på en eller annen måte måtte være en sammenheng mellom dyphavet og de polare hav. Dette ble senere fulgt opp av den danske biologen Gunnar Thorson som gjorde studier av reproduksjon hos bunnlevende organismer i forskjellige verdenshav. Thorson mente han kunne gjenkjenne et bestemt og universelt mønster: bunnlevende organismer i tropiske og tempererte strøk produserer mange små frittlevende egg/larver, mens bunnlevende organismer på høyere breddegrader og i dyphavet oftest produserer få, store avkom uten et frittlevende stadium. Dette refereres i litteraturen til Thorson’s rule, og ble av enkelte så sent som på 1980-tallet ansett som en av de eneste universelt korrekte «reglene» vedrørende utvikling og økologi hos marine virvelløse dyr. Etter hvert som vi har fått bedre innsikt i og kunnskap om faunaen i Arktis, Antarktis og i dyphavet, viser det seg at en slik generell regel ikke stemmer, og Thorson’s rule er i dag et mer eller mindre lukket kapitel. De to sjøstjernene på den gule metallkula midt i havet er et godt bilde på dette. Som de aller fleste bunnlevende organismer i tropiske og tempererte strøk, er frittlevende egg og larver en viktig og svært utbredt strategi for reproduksjon og spredning, også på høyere breddegrader. Funn av blåskjell på Svalbard er et annet godt eksempel på det samme; det er i dag godt dokumentert at blåskjell har vært vanlig på Svalbard i varme perioder de siste 10 000 årene og så sent som i vikingtiden for 1000 år siden. I morderne tid, og som en direkte følge av en generell oppvarming i Arktis, har blåskjell igjen etablert seg på Svalbard. Spredningsmekanismen for denne reetableringen antas å være nettopp frittlevende larver som transporteres med havstrømmer nordover fra kysten av Nord-Norge.

En av de to sjøstjernene som har levd sitt liv på den lille gule planeten. Foto: Malin Daase.

Som midt i et stort kosmos, uten kontakt med andre artsfrender, og som et resultat av at sjøstjerner også i Arktis har frittlevende larver, har de to sjøstjernene levd sitt liv i isolasjon på sin gule, lille, runde planet av stål. Kanskje var det flere enn disse to som opprinnelig slo seg ned her. Kanskje var det noen uheldige, eller kanskje eventyrlystne, individer som kom for langt ut mot kanten og falt ned fra den lille kloden. De to som levde der da vi hentet opp observatoriet har derimot med all sannsynlighet levd der hele sitt liv. Vi får håpe de var gode venner.

Dette innlegget ble først publisert som en kronikk i Nordlys 16.juni 2020.