Jakten på det skjulte livet i vann

Blogg 3 fra Arven etter Nansen-tokt i Polhavet. I dag Simon Kline og Snorre Flo fra henholdsvis Universitetet i Oslo og Universitetssenteret på Svalbard:

Når man driver med forskning i Arktis på dette tidspunktet på året er det viktig at man følger solen så godt det lar seg gjøre. En konsekvens av dette er at de høyere maktene om bord i FF Kronprins Haakon har bestemt seg for at vi skal ligge to timer foran vanlig tid på det norske fastlandet. Sol er en dyrebar ressurs i Arktis i mars, så dagene må utnyttes og da bestemmer vi like greit tiden selv.

• Dette blogginnlegget er også publisert i forskning.no

Å jobbe med DNA er sensitivt. Derfor måler vi vann fra smeltet iskjerner i et kjølerom i mørket. Det er viktig å måle mengden vann man filtrerer både før og etter, kanskje gir det oss et lite hint om hvor mye liv det er? Foto: Èric Jordà Molina (Nord universitet)

I tillegg til at tid har blitt et abstrakt konsept, har livet begynt å bli definert av vann. Hvor mye vann skal vi samle inn? Hvor mye vann skal vi filtrere? Hvor lang tid vil det ta for en iskjerne å smelte til vi kan filtrere det? Er jeg egentlig tørst eller er det bare at jeg tenker for mye på vann? I løpet av oppholdet vårt om bord i FF Kronprins Haakon vil vi ha filtrert nærmere 1000 liter vann, en mengde som er vanskelig å forholde seg til. Men hva er egentlig vitsen med å filtrere så mye vann? I disse 1000 literne fra havet og is befinner det seg mye informasjon. Det kan være små levende celler (mikroorganismer), dødt materiale, ja, til og med rester fra barten til en hvalross. Alt som lever og spor etter alt som har levd er vi på jakt etter.

Ved å filtrere vann kan vi fange opp dette på små filtre. De små filtrene blir så kjapt fryst ned, og vil etter endt tokt bli med oss hjem på labben. Her ekstraherer vi arvestoffet DNA og studerer det ved bruk av en metode som kalles «DNA metabarcoding». Metoden tar utgangspunkt i sekvensering (se faktaboks), og går i store trekk ut på å beskrive rekkefølgen av DNA-bokstavene i et gen som mikroorganismene har til felles.

Å tappe vann er like gøy hver gang! Foto: Cheshtaa Chitkara (UNIS)

Ved sekvensering leser en maskin DNA-koden bokstav for bokstav. I motsetning til vårt alfabet har DNA kun fire bokstaver; A, T, G og C. I denne typen studier er den typiske lengden av sekvensene 400-500 bokstaver lange. o add text

Generelt kan vi forvente at individer av samme art har en identisk rekkefølge av bokstaver, mens individer fra forskjellige arter har små forskjeller i koden. Hvor mange forskjeller det er mellom artenes sekvenser avhenger av hvor nært beslektet de er, og forskjellene øker med tiden som har gått siden artene skilte vei på livets tre. Sammenlikner vi de sekvensene vi har funnet på tokt med de som allerede er beskrevet og lastet opp på referanse-databaser kan vi bestemme artssammensetningen av organismer i vannet. I tillegg kan vi finne ut av hvilke arter som dominerer eller er fraværende og hvor høy diversitet det er vannmassen.

Arven etter Nansen

Denne typen informasjon er selvsagt ikke ny. I hundrevis av år har forskere og eventyrere som Fridtjof Nansen beskrevet mikroorganismer i Arktiske strøk. Metabarcodingen sin fordel er derimot at man ikke behøver å kikke gjennom uhorvelige mengder sjøvann i mikroskop. Dermed får vi tid til å samle inn flere prøver som kan analyseres i etterkant. Dessuten utgjør mikroorganismene et utrolig flerfoldig fellesskap, og det krever flere år med erfaring og kursing for å kjenne igjen disse små krabatene med sikkerhet. DNA metabarcoding gjør sånn sett jobben litt enklere for oss som ikke har tiår med mikroskopi-erfaring på ryggen.

I tillegg lager vi algekulturer og andre vannprøver som vil bli analysert på forskjellige måter og kobles opp til resultatene fra DNA sekvenseringen fra metabarcodingen. Dette gjør at man forhåpentligvis kan danne et helhetlig bilde over sammensetningen av liv som befinner seg i vannmassene og isen i Arktis. I løpet av 2021 vil det være to forskjellige forskningstokt igjennom Arven etter Nansen prosjektet og vi befinner oss nå på Q1 toktet.

Her filtreres vann for harde livet! I det lille filteret samles millioner av celler, dødt materiale og spor av levende organismer. Foto: Cheshtaa Chitkara (UNIS)

Det er få alger i vannmassene, nesten som om livet er satt litt på vent til våren kommer og den store våroppblomstringen av algeplankton skjer. I Arktis har fortsatt vinteren taket og selv om dagene blir litt lengre og solen skinner litt mer, har ikke livet våknet helt til riktig enda. Ved å sammenligne resultatene fra arbeidet vi gjør om bord i båten nå på Q1 toktet med forskningstoktene Q2 (planlagt for mai 2021), Q3 (gjennomført august 2019) og Q4 (gjennomført desember 2019), vil man kunne få oversikt over hvordan livet i vannet og isen endrer seg i løpet av året og sesongene.

Dette vil også gi oss viktig kunnskap om effekten av klimaendringer på det arktiske økosystemet. Vil varmere havtemperaturer føre til at nye arter kan forflytte seg inn til Arktis? Hva vil effekten av nye arter være på de artene som allerede er til stede? Er lysforholdene såpass ekstreme at selv om klimaendringer gir gunstigere forhold, så vil arter som ikke er tilpasset det hindres i å få fotfeste her? Hvordan vil det Arktiske økosystemet se ut om 10 eller 20 år dersom man ikke bremser effektene av klimaendringer?

Gir svar

Det er mange spørsmål tilknyttet dette temaet, og arbeidet som gjøres om bord i FF Kronprins Haakon vil være et vesentlig bidrag til å kunne gi gode svar. Det er få steder på planeten som opplever effekten av klimaendringer til den grad man gjør i Arktis, og for å kunne forstå hvordan økosystemet vil bli påvirket er mer kunnskap absolutt nødvendig.

Litt som livet om bord i et forskningsfartøy, har livet i Arktis en rytme. Den følger sola og mørket, og venter på at våren skal komme også til 80 grader nord. Hvem vet i detalj hva morgendagen bringer for Arktis sin del. For oss i filtreringsteamet er i motsetning morgendagen ganske klar: vann og atter mer vann.