Abborren i en varmare framtid - kan den anpassa sig?
Jorden med dess hav och sjöar håller på att bli varmare som en följd av den pågående klimatförändringen, men hur växelvarma djur som fisk kommer att svara på dessa förändringar är till stora delar okänt idag. I ett nystartat forskningsprojekt vid den uppvärmda Biotestsjön utanför Forsmarks kärnkraftverk undersöker nu forskare vad som händer med abborrens fysiologi när den lever i en konstant uppvärmd miljö.
Idag är de flesta forskare eniga om att jordens medeltemperatur redan har ökat som en följd av utsläpp av växthusgaser. Temperaturen kommer sannolikt att fortsätta stiga framöver, även om vi radikalt lyckas minska utsläppen. Under senare år har klimatforskare dessutom allt mer börjat inse att det inte bara är medeltemperaturen som ökar. Även extrema väderförhållanden, såsom kraftiga värmeböljor, kommer att bli allt vanligare.
En mycket stor fråga som har väckts i och med dessa förändringar på jorden är hur djur och växter kommer att påverkas av de förändrade temperaturförhållandena. Kan de anpassa sig till detta och i så fall hur, eller kommer en del arter helt enkelt dö ut? En av de största utmaningarna för de forskare som försöker studera detta experimentellt är dock att den globala uppvärmningen trots allt är en ganska långsam process som sker gradvis och över flera generationer. Det är därför ofta svårt att efterlikna dessa skeenden i laboratoriet på ett realistiskt sätt, eftersom det tar så lång tid.
BIOTESTSJÖN
är egentligen inte en sjö utan ett cirka 90 hektar stort invallat område i skärgården utanför Forsmarks kärnkraftverk. Invallningen, med hela det befintliga naturliga ekosystemet på plats, stod klar 1977. Temperaturen i Biotestsjön ökade först 1982 då både reaktor ett och två hade färdigställts och kylvatten från dessa kunde börja pumpas genom sjön. Byggnationen finansierades av kraftindustrin och från början var syftet främst att studera de biologiska effekterna av lokala varmvattenutsläpp orsakade av kärnkraftsindustrin.
Denna forskning har nu avtagit sedan flera år tillbaka och anläggningen är nu upplåten till SLU med det primära syftet att bedriva omgivningskontroll på uppdrag av Forsmarks Kraftgrupp AB. Det finns dessutom möjligheter att under ledning av Institutionen för akvatiska resurser vid SLU bedriva grundforskning kopplat till detta vilket utgör en fantastisk möjlighet för att studera hur långvarig uppvärmning, lik den som den pågående klimatförändringen kan resultera i, påverkar vattenlevande organismer som fisk.
Vattenflödet genom anläggningen uppgår till cirka 90 kubikmeter per sekund, vilket höjer vattentemperaturen med cirka fem till tio grader beroende på årstid och driftläge på reaktorerna. Biotestsjön är till stor del relativt grund med ett maxdjup på ungefär fem meter, vilket i kombination med det höga vattenflödet gör att vattnets omloppstid i anläggningen bara är mellan tre till sex timmar.
Temperaturförhållandena är också relativt jämna i hela vattenmassan. I anläggningens ursprungliga utförande satt det ett galler i utloppet som hindrade fisk större än cirka tio centimeter att passera, men från och med 2004 är gallret borttaget på grund av det betydande underhållsarbete som det krävde. Idag är därmed systemet närmast att betrakta som ett halvslutet system där visst utbyte av fisk med den omkringliggande skärgården sker.
Forskning i en uppvärmd sjö
I ett nystartat fiskforskningsprojekt försöker vi nu komma runt dessa problem genom att använda oss av ett unikt experimentsystem som kallas för Biotestsjön. Sjön är belägen i skärgården utanför Forsmarks kärnkraftverk i norra Roslagen. Sedan tidigt åttiotal har uppvärmt kylvatten från två av kärnkraftverkets reaktorer pumpats in i Biotestsjön, vilket gör att temperaturen alltid är fem till tio grader varmare där än i den omkringliggande skärgården. Detta erbjuder forskare en unik möjlighet att studera vattenlevande djur som levt i ett uppvärmt ekosystem under lång tid. Därmed kan vi öka vår förståelse för hur olika organismer kan komma att påverkas och eventuellt anpassa sig till en varmare framtid.
Ökad kroppstemperatur
Vår egen kroppstemperatur ligger stadigt runt 37 grader, om vi inte har feber vill säga. De flesta fiskar däremot är växelvarma, vilket skiljer dem från däggdjur och fåglar som har en konstant kroppstemperatur. Fiskens kroppstemperatur varierar istället med det omgivande vattnets temperatur. När vattnet blir varmare stiger även fiskens kroppstemperatur. I början gör en ökad kroppstemperatur att många processer går snabbare. Bland annat ökar ämnesomsättningen vilket betyder att fisken måste äta mer för att upprätthålla sin energibalans. För att kunna omvandla födan till energi som kroppens celler kan använda i sina olika energikrävande processer krävs dock syre, så när temperaturen stiger måste de även öka andningen och upptaget av syre från vattnet via gälarna. Väl i kroppen transporteras sedan det mesta av syret bundet till blodets hemoglobin. Detta innebär att också hjärtat måste arbeta hårdare för att pumpa runt en större mängd syresatt blod till de syretörstande cellerna. Med ökande temperatur stiger därför belastningen på fiskens andnings- och cirkulationssystem.
Biotestsjön är ett cirka 90 hektar stort invallat område i skärgården utanför Forsmarks kärnkraftverk. Uppvärmt reaktorkylvatten leds in i anläggningen vilket gör att temperaturen är fem till tio grader varmare än den omkringliggande skärgården året runt. Den utgör därmed ett intressant storskaligt system för att studera effekter av långvarig uppvärmning på vattenlevande organismer.
Tidigare forskning har påvisat att detta kan leda till att fisken får en minskad möjlighet att utföra andra aktiviteter som kräver en ökad syreförsörjning, som exempelvis att simma eller fånga föda. Men dessa principer gäller alltså främst vid snabba temperaturförändringar. Vid mer långvarig uppvärmning, som kan förväntas av den pågående klimatförändringen, tror man istället att många organismer kan ha förmåga att anpassa sig till den nya temperaturen och ställa om olika processer i kroppen. Tyvärr är förvånansvärt lite känt om detta idag. Därför är fokus för vårt projekt vid Biotestsjön att undersöka hur mycket, och med vilka mekanismer, djur kan anpassa sin kropp till ett liv i varmare vatten.
En abborre fiskas upp från det kallare referensområdet utanför Biotestsjön. Till höger: Laboratoriebåthuset med fisktankarna på sidan där försöken med abborrar gjordes. Både abborrar från den varma Biotestsjön och från det kallare referensområdet utanför användes.
Dramatiska anpassningar
Vi har huvudsakligen studerat abborre, som är en av de mest välkända och vanligt förekommande fiskarterna i svenska vatten. Abborren är egentligen en sötvattenart, men den förekommer även längs med hela östersjökusten där vattnet är en blandning av salt- och sötvatten.
Abborrarna i Biotestsjön verkar inte ha några större problem med den högre temperaturen. Däremot har vi upptäckt flera dramatiska anpassningar. Bland annat har Biotestsjöns abborrar mindre hjärtan och en sänkt hjärtfrekvens. Det senare beror både på förändringar i de celler i hjärtat som bestämmer hjärtats rytm, de så kallade pacemaker-cellerna, men även på en förändrad aktivitet i de nerver som reglerar hjärtats arbete. Sammantaget tros dessa förändringar kompensera för den ökning i hjärtfrekvens som temperaturökningen i sig ger.
Även ämnesomsättningen är nedsatt i Biotestsjöns abborrar när man jämför dem med abborrar från skärgården utanför, men de bakomliggande mekanismerna och vilka konsekvenser detta får för fisken i stort är ännu för tidigt att säga.
En sak som abborren dock inte verkar kunna kompensera för fullt ut är den övre maximala temperaturtoleransen. Man skulle därför kunna tänka sig att fiskar kommer bli allt känsligare för tillfälliga extrema värmeböljor i framtiden när medeltemperaturen stiger, eftersom de helt enkelt kommer leva farligt nära sin övre maximala temperaturgräns.
Vad är orsaken?
En stor fråga som vi är mycket intresserade av, och som vi hoppas kunna åtminstone börja svara på under de kommande åren, är vad den bakomliggande orsaken till skillnaderna i fysiologi och värmetolerans är. Beror de endast på förändringar på individnivå som inte är ärftliga, eller har abborrarna i Biotestsjön kanske evolverat och förändrats genetiskt för att bättre klara av den höga temperaturen under de dryga trettio år som anläggningen varit igång?
Om det senare skulle visa sig vara fallet är detta åtminstone en liten tröst och en indikation på att abborren och andra fiskarter kanske har en viss förmåga att anpassa sig genom evolution när vi går mot en varmare framtid.
