Cyanobakteriernas nyckelroll i Östersjöns näringsväv
De som spenderar somrarna vid Östersjön är vana vid att cyanobakterierna lägger sig som en matta på ytan när vattnet börjar bli riktigt varmt i juli. Med ett varmare hav i framtiden får vi räkna med ännu kraftigare blomningar. Men vad fyller cyanobakterierna för roll i ekosystemet, och hur påverkar de livet i havet?
Namnet cyanobakterier, eller blågrönalger som de ibland kallas, väcker ofta otrevliga associationer på grund av deras förmåga att producera gift som är skadligt för människor och djur. Dessutom kan deras unika förmåga att använda kväve från atmosfären förvärra övergödningen i havet och bidra till utbredningen av syrefria bottnar. Men faktum är att cyanobakterierna har haft en naturlig roll i Östersjöns ekosystem långt innan klimatförändringarna och övergödningen.
Cyanobakterier är viktig föda
Senaste årens forskning har kommit att nyansera den negativa bilden av cyanobakterier. Forskningen har sedan länge hittat DNA från cyanobakterier i magen på djurplankton, och det atmosfäriska kväve som fixerats av cyanobakterierna återfinns i hela födoväven i det fria vattnet. Men omfattningen av cyanobakteriernas bidrag till födoväven har varit svår att fastställa. Vår forskningsgrupp har i en studie tagit fram en ny modell som tar hänsyn både till djurplanktons val av föda och till årstidsväxlingarna i Östersjön. Studien visar att cyanobakterier är den grupp av växtplankton som utgör största delen av födan för djurplankton som i sin tur är den viktigaste födan för fisk. Kiselalger och dinoflagellater, som vårblomningen består av, bidrar i betydligt mindre grad.
En hinnkräfta av släktet Evadne på väg att sugas in för analys. Med hjälp av DNA-streckkodning har vi studerat födoval hos flera olika grupper av djurplankton. Foto: Andreas Novotny.
Störst och minst
Storleken på cyanobakterierna gör att det kan vara svårt för djurplankton att tillgodogöra sig dem. Vissa cyanobakterier bildar stora kolonier som är större än djurplanktonen själva. Det är dessa kolonier som tydligt kan ses vid ytan under sommaren. En annan grupp av cyanobakterier utgör den andra extremen genom att vara de minsta av alla växtplankton i havet. Storleksförhållandet mellan cyanobakterier och djurplankton gör att det länge ansetts osannolikt att cyanobakterierna skulle kunna bidra till näringsväven på ett effektivt sätt. Men efter miljoner år av samevolution med cyanobakterierna har djurplankton utvecklat en otrolig mångfald av strategier för att tillgodogöra sig föda trots skillnaderna i storlek. Det finns till exempel passiva filtrerare som fångar det som flyter förbi eller bakhållsjägare som attackerar specifika utvalda byten eller bryter stora kolonier i mindre bitar. Men att mäta exakt vad olika djurplankton i havet äter har visat sig vara svårt eller till och med omöjligt med traditionella metoder, såsom mikroskopi.
DNA används för modellering
För att förstå hur djurplanktonens anpassningar till olika växtplankton påverkar den pelagiska födoväven tog vi fram ett nytt arbetssätt. I projektet som pågått sedan 2016 har vi försökt få en bild av vad havens djurplankton äter då de befinner sig i sin naturliga miljö genom att samla in flera arter av djurplankton från olika år, årstider, och platser i Östersjön. Vi har använt genetiska markörer, så kallad DNA-streckkodning, för att beskriva maginnehållet hos enskilda individer av djurplankton. Genom att jämföra det DNA som hittades i djurplanktonens magar med det DNA som fanns vattnet där djurplanktonen samlades in har vi kunnat beräkna i vilken grad olika djurplankton föredrar de växtplankton som finns tillgängliga. Informationen användes för att konstruera en modell över födoväven i öppna Östersjön som även tar hänsyn till många år av data från den svenska nationella miljöövervakningen och omfattar flera grupper av både djurplankton och växtplankton.
Djurplankton påverkar
Vår studie visar att djurplanktons olika egenskaper har stor effekt på hur födoväven i havet är uppbyggd. Vi kan till exempel se att hoppkräftan Temora sp., som är en bakhållsjägare, främst får sin föda från de minsta cyanobakterierna. De äter dessutom i princip samma växtplankton året runt oavsett vad som finns tillgängligt i vattnet. Den filtrerande hinnkräftan Evadne, å andra sidan, är inte lika petig med maten och äter vad som finns tillgängligt. Men det finns även specialanpassningar till vårblomningen. Ett litet hjuldjur, en rotifer, lyckas få igång sin tillväxt tidigare på året än andra djurplankton och kan därför dra fördel av vårblomningen. Det är möjligt att denna speciella nisch har en viktig betydelse för överlevnaden av småfisk på våren då det fortfarande är ont om djurplankton.
Den tidiga vårblomningen inträffar innan djurplankton har kunnat växa till sig och tas därför inte upp i den pelagiska födoväven i samma utsträckning som sommarens blomning av cyanobakterier. Illustration: Andreas Novotny.
Timing avgörande
Men den främsta orsaken till att cyanobakterierna utgör en stor del av djurplanktons föda är timing. Många hopp- och hinnkräftor skulle föredra vårblomningen av kiselalger och dinoflagellater. Men den inträffar ofta så tidigt, när vattnet fortfarande är kallt, att djurplankton inte har hunnit växa till sig än. På sommaren, när cyanobakterierna blommar, är det å andra sidan fullt av djurplankton i vattnet. Det gör dessutom att konkurrensen om mat ökar och att många troligen tvingas frångå sitt förstahandsalternativ. Att så få djurplankton finns som kan äta av vårblomningen återspeglas i vad som faller ner till botten. Medan vårens blomning av kiselalger och pansarflagellater i stor utsträckning faller ned till botten är det bara en liten del av sommarens cyanobakterier som sedimenteras. De äts istället av djurplankton och blir på så sätt del av födoväven.
Blomningar av cyanobakterier är numera en vanlig syn i Östersjön under somrarna. Ett varmare hav kommer antagligen att öka förekomsten av dessa blomningar. Bilden tagen vid Utholmen utanför Gotland. Foto: André Maslennikov/azotelibrary.com.
Framtidens hav
Den globala uppvärmningen av haven kommer att gynna cyanobakterierna i framtiden, något som är oroande för utvecklingen av döda bottnar i Östersjön. Även om cyanobakterierna har en viktig roll i födoväven riskerar deras bidrag av kväve att leda till ökad produktion och därmed ökad sedimentering. Tidig uppvärmning på våren kan också leda till tidigare vårblomning, något som skulle försämra timingen ytterligare med de djurplankton som finns på våren. Detta skulle i sin tur påverka fiskar som är beroende av djurplankton tidigt på året för sin reproduktion. För att makthavare ska kunna fatta beslut om rätt insatser är det viktigt att få en bättre förståelse för hur Östersjöns födoväv kommer att reagera på framtida förändringar. Och även om mycket ännu är oklart, har vi i alla fall nu ett nytt verktyg att använda oss av för att mäta hur havets djur och växter samverkar i naturen.