Artikkel

Brunt vann lager bølger i økosystemet

Raoul Wolf
Raoul Wolf i full gang med feltarbeidet. Her samler han svevemygg-larver og starter opp arbeidet med «komet»-metoden. Denne metoden blir brukt til å finne ut om DNA'et til disse rovdyrene er skadet eller fragmentert. Foto: Raoul Wolf

Brunt vann lager bølger i økosystemet

Vann blir brunere og brunere mange steder I Norge. Det kan virke som en liten ting, men dette brune vannet lager bølger som påvirker hele økosystemet.

Fargen på vannet er i ferd med å endre seg mange steder i Norge. Små molekyler fra plantene som vokser langs innsjøer og elver blander seg med vannet og gjør det brunere. Ta for eksempel en kikk på Akerselva hvis du er i Oslo, så ser du fenomenet i full effekt.

– Brunere vann er en endring i miljøet. Det burde umiddelbart gjøre biologer nysgjerrige, for det er viktig å vite hvordan økosystemet ditt reagerer på slike endringer, sier Raoul Wolf.

Han skrev doktorgraden sin om dette temaet. Sammen med Dag Hessen, Tom Andersen and Ketil Hylland ved UiOs Institutt for biovitenskap startet han med et lit eksperiment – og endte opp med et veldig stort et. Hvert eneste nye svar han fant, ga nye spørsmål å undersøke. Til slutt viste det seg at brunere vann er dårlige nyheter for små vannlevende dyr, men samtidig kan det bety nye muligheter for noen arter. Økosystemet kommer uansett aldri til å bli det samme igjen.

Små sjøer i en svart boks

daphnia/water fleas
Vannlopper som disse er også kjent som «dafnier» etter det latinske navnet på gruppen «Daphnia». De brukes mye i forskning siden de er ganske enkle å holde i live og lever korte liv, noe som er nyttig på et laboratorium. Foto: Raoul Wolf

– Først gjorde vi et lite eksperiment med noen vannlopper. De er små krepsdyr som lever i ferskvann. Vi hadde lyst til å se på hvordan forskjeller i brunt vann og UV-lys påvirker dem.

Wolf tar frem en svart boks i plast med 96 hull eller «brønner». Hver av dem er en kunstig sølepytt som vannloppene kan leve i.

– I hver av disse brønnene bodde det én eneste liten vannloppe, forklarer han.

Et pulver med organisk materiale ble løst opp i vannet, og den svarte boksen ble dekket av en plate utstyrt med LED-dioder som sørget for UV-lys. Hver brønn ble et nøye kontrollert miljø. Noen vannlopper levde i klart vann, andre i brunere og brunere vann. Ned i noen av brønnene strålte UV-lyset sterkt, som om sola skinte på en varm sommerdag, mens andre vannlopper levde under en konstant overskyet himmel. Alle sammen i en liten, svart boks.

Ser etter skadet DNA

– Vi vet allerede at intens UV-stråling er skadelig for mange organismer. Når du er ute i sola høyt oppe i fjellet, blir du solbrent – og om du er et lite gjennomsiktig dyr i vannet, har du det enda verre. Det organiske materialet som gjør vannet brunere, kan ta til seg mye av UV-strålingen. Derfor burde brunt vann være bra for disse små, gjennomsiktige dyrene og beskytte dem. Men det var ikke det som skjedde i det lille eksperimentet vårt, sier Wolf.

– For å måle hvor skadelig UV-stråling er, brukte jeg en teknikk som heter «komet-metoden». Hvis det finnes skadet eller fragmentert DNA i cellene til vannloppene, da kan vi se det. Det uskadde DNA'et i cellen ser ut som hodet på en komet, mens det fragmenterte DNA'et er halen bak kometen. Disse «kometene» fortalte oss at det brune vannet slett ikke beskytter vannloppene fra UV-stråling. Kombinasjonen av brunt vann og UV-lys var faktisk svært skadelig, påpeker han.

– De vannloppene som levde under slike forhold, hadde DNA som var mye mer fragmentert enn de som levde i det vi trodde var et virkelig skadelig miljø: UV-lys og klart vann. Det var litt av en overraskelse. Samtidig var det en mulighet til å stille flere spørsmål rundt hva brunere vann gjør med dyrene som lever i ferskvann.

Overraskelser er muligheter

– Jeg så på litteraturen som finnes på området og fant et spor: Det må ha vært en form for interaksjon mellom det brune vannet og UV-lyset.

– Det kan hende at organiske molekyler absorberer UV-stråling. Når det skjer, reagerer molekylene med oksygen i vannet. Det gir oss noe som kalles «reaktive oksygenforbindelser" eller ROF. Disse kan være veldig skadelige. Kanskje det var dette som skadet vannloppene våre? Så jeg gikk tilbake til laboratoriet igjen og testet det.

Da eksperimentet ble gjentatt, var det nettopp dette Wolf fant: Brunt vann og UV-lys reagerte og laget masse reaktive oksygenforbindelser.

Svevemygg-larven

Reaktive oksygenforbindelser er helt klart skadelig, men Wolf og teamet hans var interessert i å se hvordan brunere vann påvirker større økosystemer og ville dyr, ikke bare i laboratoriet. De hadde den perfekte kandidaten for å studere DNA-skader i ville dyr. Svevemygg-larven er et nesten helt gjennomsiktig lite rovdyr. At larven er gjennomsiktig, gjør den utsatt for det skadelige UV-lyset.

En annen grunn til at svevemygg-larven var en så god kandidat, var dyrene den spiser. Larvene jakter på langhalet tusenbeinkreps, en art som sliter i områder der vannet blir brunere. Kanskje sliter de fordi svevemygg-larven utvider leveområdet sitt og blir mer vanlig i områdene der vannet blir brunere? Hvis det er dette som skjer, er brunere vann et eksempel på at en tilsynelatende liten endring kan forårsake store endringer i miljøet rundt oss. Det kan hende brunere vann fører til at flere arter forsvinner fra noen områder eller flytter inn helt nye steder.

Vil du ha flere forskningsnyheter om realfag og teknologi? Følg Titan.uio.no på Facebook eller abonner på nyhetsbrevet vårt

En usynlig fiende

– Da vi fikk resultatene var de absolutt ikke det vi forventet. Det var stikk motsatt av hva vi så i de kunstige dammene på laboratoriet. Svevemygg-larvene fra dammer med det aller bruneste vannet hadde nesten ikke DNA-skader, forklarer Wolf.

På en eller annen måte slapp larvene unna, selv om de bodde i dammer der det burde være mange skadelige, reaktive oksygenforbindelser.

– Hvordan kunne dette være så forskjellig? Vel, i det første eksperimentet brukte vi veldig grunne, kunstige dammer. Men de ekte dammene på fjellet var dypere, noen ganger opptil en meter dype.

Raoul Wolf
Hver flaske er en liten kunstig vanndam og hjemmet til én eneste liten vannloppe. Raoul Wolf sjekker hvordan det står til med noen av deltagerne i eksperimentet. Foto: Simen Kjellin/UiO

Wolf hadde allerede målt hvordan brunt vann, UV-stråling og ROF oppførte seg sammen. Nå virket det som at også det spesifikke stedet et dyr lever, hadde betydning. Ikke geografisk, men hvor langt under overflaten. Mest ROF blir dannet helt i overflaten av vannet, siden UV-lys ikke klarer å trenge lenger ned i vannet. Mens vanlig synlig lys kan danne mindre mengder med ROF opptil én meter under overflaten.

– Med denne informasjonen kan vi beskrive hva som skjer. ROF blir hovedsakelig dannet i den øverste meteren av vannsøylen, og alt under én meter er så lite at det blir irrelevant. Det er grunnen til at vi så et resultat i de kunstige og svært grunne dammene, men ikke i de dypere dammene på fjellet, sier han.

– Vi målte til og med punktet der brunere vann går fra å ha en negativ effekt til å ha en positiv effekt og plutselig beskytter dyrene i vannet. Det er på omtrent 2 cm. Så dyrene burde ideelt sett holde seg minst 2 cm under overflaten.

Største endring i senere år

Å modellere hvor i vannsøylen ROF blir dannet, er et steg nærmere det å forstå hva brunere vann betyr for økosystemer i naturen. Dag Hessen, Wolfs veileder, peker på at frem til nå har det vært et åpent spørsmål hvordan brunere vann påvirker dannelsen av ROF i vannet.

– Brunere vann er kanskje den største endring i ferskvann vi har sett på mange år, og det påvirker mange viktige prosesser. Derfor er dette et stort felt som det skjer mye forskning på. Sammen med en rekke kolleger i inn- og utland ser vi på ulike konsekvenser av brunere vann på alt fra biologisk produksjon av alger og fisk til dannelse av klimagasser, transport av miljøgifter og en rekke andre prosesser, sier han.

– Wolfs kompetanse som toksikolog har gjort at nettopp han kan studere effekten av brunere vann på DNA og vise frem skaden dette kan påføre organismer som lever i vann. Metodene han tok med seg fra et annet felt har vist seg å være veldig nyttige for å studere økologiske responser i naturen.

Skaper bølger i økosystemet

Wolf startet med en sort boks og 96 kunstige sølepytter. På veien har han undersøkt at fra fysikkens lover og hvordan sola påvirker molekyler i vannet til hva brunere vann betyr for hvor arter lever og hvem de spiser. En tilsynelatende liten endring som brunere vann kan forårsake litt av noen bølger.

Nå er Wolf i gang med å analysere resultatene fra enda et eksperiment. Et mye større et, med mange nivåer av kompleksitet. Kanskje kan effekten av brunere vann og UV-lys påvirke fremtidige generasjoner også? Denne gangen var den sorte boksen for liten. I nesten tusen kunstige dammer har små vannlopper levd under ulike forhold. Barna deres fikk lov til å leve et mer avslappet liv i et snillere miljø. Kanskje Wolf fortsatt kan se spor etter det forfedrene ble utsatt for, tre generasjoner senere?

– Jeg holder på å fullføre analysene og skriver nå. Følg gjerne med på hva som skjer senere i år.

Vitenskapelige artikler:

Mer på Titan.uio.no:

Se Raoul Wolf forklarer hva han jobber med:

 

Skriv ny kommentar

Verifiser deg (din epost-adresse vil ikke bli vist offentlig)

Les også

 Zhanna Tairova (t.v.), Ketil Hylland, Agathe Bour

Muslinger spiser trolig plast framfor mat

Muslinger som lever på eller i bunnen, er omgitt av milliarder av partikler med organisk materiale på – mat de trenger for å leve. Likevel blir de påvirket av ørsmå biter av plast mellom de andre partiklene.