Yin og Yang i Nordishavet

Denne saken ble først publisert i Aftenposten Innsikt.

I 1859 fastslo forskeren Edward Forbes med klassisk britisk ubeskjedenhet at grensen for liv i havet, den gikk ved 550 meters dyp. Denne bombastiske påstanden baserte han på noen ukers halvhjertet bunntråling i Egeerhavet. Å ta forbehold var nok ikke datidens fremste vitenskapelige dyd.

Bare fem år seinere røsket nordmannen Michael Sars opp en sjølilje fra 3000 meters dyp, og siden har havforskerne kappes om å sette Forbes i forlegenhet. I dag vet vi at havet bokstavelig talt myldrer av liv, selv på de dypeste dyp og de mest avsidesliggende steder. 

Det blir også stadig mer klart at selv de mest uanselige marine skapninger inngår i intrikate samspill – med hverandre og med mer avanserte livsformer – på måter vi bare har begynt å fatte rekkevidden av. 

Også i Nordishavet yrer det av liv. For første gang har forskere kartlagt hvordan marine mikrobesamfunn på ulike dyp i havområdene vest for Svalbard, endrer seg i løpet av det arktiske året. 

– Dette er et område med ekstreme endringer gjennom året. Vi går fra sommermåneder med midnattssol og intens issmelting til vinter med bitende kulde og mørketid, sier Bryan Wilson, postdoktor ved Institutt for biologi.

– Vi har i første omgang studert hvordan disse ekstreme miljøforandringene påvirker forekomstene av enkle organismer som bakterier og det som kalles arker eller urbakterier.

Våroppblomstring og vinterblot

Så rart det enn kan høres, er Nordishavet hver vår gjenstand for en voldsom oppblomstring av liv. Solen vender tilbake, og de øvre vannlagene eksploderer av liv med massive forekomster av planteplankton som virkelig bedriver fotosyntese i vilden sky. Oppblomstringene er så kraftige at de vises tydelig på satellittbilder fra verdensrommet.

Eksplosjonen av planteplankton fører også til at det braker løs med bakterieliv i de øvre vannlagene, der mikroskopiske «åtseletere» av ulike slag fråtser i biprodukter fra fotosyntesen. 

– Det som kanskje er mindre kjent, er at denne våroppblomstringen noen måneder seinere utløser et veritabelt vinterblot nede i dypet, sier Wilson.

I løpet av høsten synker nemlig restene fra fotosyntese-festen sakte som en slags «marin snø» ned gjennom vannet og gjødsler havdypet. Nede i mørket venter arkene – Wilson kaller dem «havets gothere» – på å få holde julebord på restene fra oven.

Mens planteplankton er avhengig av sollys for å gjennomføre fotosyntesen, benytter arkene seg av en rent kjemisk fordøyelsesprosess. Ifølge Wilson er det mye som tyder på at denne prosessen kun kan foregå der det er stummende mørkt. 

Gjennom sine lysskye metabolske aktiviteter, omdanner disse mørkets fyrster stoffet ammonium – som finnes i overflod i den marine snøen – til nitrater. Dette er næringssalter som andre skapninger kan gjøre seg nytte av. 

– I løpet av vinteren blandes så vann fra ulike dybder, slik at nitratene stiger opp til de øvre vannlagene akkurat i tide til å trigge en ny våroppblomstring når sola kommer tilbake. Dette er en evig runddans, en livets sirkel skapt av et finurlig samspill mellom lys og mørke, sier Wilson.

Lysstyrte sesongvariasjoner

Forskningen Wilson har gjennomført sammen med kolleger fra universitetene i Bergen og Tromsø, viser at sesongvariasjonene i mikrobesamfunnene er størst i de øvre – såkalte epipelagiske – vannlagene. Her øker både forekomstene og artsrikdommen om sommeren som følge av solens tilbakekomst og det påfølgende planteplankton-partyet. 

Ned mot 1000 meters dyp – i det vi kaller mesopelagiske vannlag – er mikrobesamfunnene langt mer stabile og mindre preget av sesongvariasjoner. 

– Det er imidlertid svært interessant å se at artsrikdommen øker jo lenger ned i vannet vi kommer. Det viser bare at den godeste Edward Forbes befant seg på dypt vann da han trakk sine konklusjoner, sier Wilson. 

Sårbart system

Utvekslingen av næringsstoffer mellom mørke og lyse soner har stor betydning for hele den marine næringskjeden. Vårblomstringen av planteplankton – som altså trigges av solens tilbakekomst og nitratene fra dypet – er havets «primærproduksjon» og selve fundamentet i den marine næringspyramiden i Arktis. Planteplankton spises av dyreplankton, som spises av små fisk, som spises av større fisk, som spises av sel, som spises av isbjørn.

Nettopp derfor mener Wilson det er viktig at vi skaffer oss mer kunnskap om hvordan klimaendringene påvirker marine prosesser også på et mikrobiologisk nivå.

– Foreløpig vet vi alt for lite om dette, men flere modeller viser at et varmere arktisk basseng også kommer til å bli mer lagdelt, med mindre blanding av vannmasser fra ulike dybder. Det kan bety at utvekslingen av viktige næringsstoffer mellom dyp og overflate også blir mindre effektiv enn i dag, noe som kan få konsekvenser for hele næringskjeden, sier han. 

Skikkelig snapshot

Beskrivelsen av sesongvariasjonene i de arktiske mikrobesamfunnene er basert på vannprøver som ble hentet inn av forskere om bord på forskningsfartøyene «Lance» og «Helmer Hansen». 

Forskerne har studert arvestoffet fra mikrobene i vannprøvene, og for å få et mest mulig detaljert bilde, har de analysert både DNA og RNA (ribonukleinsyre). 

– DNA er arvestoffet som koder alt liv og som alltid er til stede i cellene, mens RNA bare produseres når cellene er aktive og vokser. DNA-et forteller oss med andre ord hvilke organismer som foreligger, mens RNA forteller oss hvem som er aktive. RNA er langt mer ustabilt enn DNA og programmert fra naturens side for rask nedbryting, med en halveringstid på bare noen få minutter, forklarer Wilson.

Det betyr at dersom en mikrobes RNA er til stede i en vannprøve, var mikroben sannsynligvis i full vigør da prøven ble tatt. 

- For å si det litt enkelt, kan vi sammenligne DNA med et stillbilde av naturen, mens RNA mer nærmer seg et live web-kamera, forklarer Wilson. 

Analysene gir dermed et godt situasjonsbilde av mikrobesamfunnene i den aktuelle vanndybden der og da, noe Wilson mener har stor verdi som et historisk referansepunkt for videre forskning.

- Nå har vi etablert et nullpunkt som fremtidige undersøkelser kan sammenlignes med. For vi trenger å følge opp med nye studier som kan gi økt forståelse både av hvilken posisjon mikrobene har i den marine næringskjeden og hvordan prosessene de inngår i, påvirkes av klimaendringene. 

– Dersom varmere vann og økt tilsig av ferskvann fra issmelting fører til mindre oppblomstring av planteplankton, må vi regne med at det på sikt også kommer til å få effekter lenger ned i vannsøylen. Hvilke effekter er vi i dag rett og slett ikke i stand til å overskue, sier Wilson.

Forskningen omtalt i denne artikkelen er en del av forskningsprosjektet MicroPolar, som er finansiert av Norges forskningsråd og ledet av Universitetet i Bergen. Prosjektet skal gi ny kunnskap om mikrobenes rolle i polare næringskjeder og om hvordan viktige økosystemprosesser påvirkes av klimaendringene.