Alaska muslingeskaller afslører et skiftende Arktis

Klimaændringer resulterer i varmere havtemperaturer, smeltende gletsjere og mere ekstreme vejrmønstre. Forskere har også observeret dets virkninger på muslingerne, snegle, orme, krabber, pindsvin, søstjerner og mere, der lever på og i den dybe havbund ud for Alaska, som økosystemet skiftede fra arktisk til sub-arktisk inden for de sidste par årtier.

Nu, forskere ved University of Chicago og University of Maryland Center for Environmental Sciences har fundet ud af, at muslingeskaller fra disse væsner viser den samme store regimeændring i Alaskas farvande, hvor økosystemet har skiftet fra arktisk til subarktisk inden for de sidste par årtier. Det er første gang, at nogen har sporet økosystemændringer gennem muslingeskalsprøver alene - og videnskabsmænd håber, at det vil tilbyde et nyt værktøj til at spore klimaændringer i regioner, hvor dyrepopulationer ikke er blevet dokumenteret som fuldt ud.

"Det faktum, at døde skaller registrerer disse ændringer, åbner så tydeligt op for et meget større område af arktiske havbunde, hvor vi nu kan teste for store ændringer i havbundssamfund, " sagde Susan Kidwell, William Rainey Harper professor i geofysisk videnskab, en førende videnskabsmand inden for marin palæoøkologi og medforfatter til undersøgelsen offentliggjort den 8. april. "Forskere var der ikke for at se alle de ændringer, som økosystemer har gennemgået, men nu er de måske i stand til at rekonstruere en økologisk historie fra den industrielle revolution og frem."

En ny metode

Siden 1980'erne, Jacqueline Grebmeier, studie medforfatter og forskningsprofessor ved University of Maryland Center for Environmental Science og medlem af styregruppen for Distributed Biological Observatory, har ledet årlige undersøgelser for at teste for skift i dyrepopulationer forbundet med havis og vandforhold i det arktiske Stillehav. Når Grebmeiers hold henter levende prøver til deres undersøgelse, tusindvis af døde skaller trækkes med.

Tidligere var de døde skaller blevet kasseret, men UChicago kandidatstuderende Caitlin Meadows, hovedforfatteren på undersøgelsen, indså, at dette var en mulighed for at teste, om disse skaller afspejlede de samme ændringer, som økologer observerede, som kunne tjene som et værktøj til at genkende biologiske ændringer i mindre velundersøgte områder i Arktis.

Enge analyseret mere end 14, 000 skaller både for at spore overflod - antallet af hvert dyr efter art - og for at beregne deres organiske kulstofbiomasse, som rekonstruerer det oprindelige kødindhold af afskallede væsner ved hjælp af deres kropsstørrelse såvel som overflod.

"At se på ændringer i kulstofbiomasse på havbunden er en fantastisk måde at binde sig til klimaændringer på, " sagde Meadows. "Vi er i stand til at se ændringerne i mængden af ​​mad, og hvordan den mad flyder gennem økosystemet."

Selvom hun kun betragtede den skal-producerende del af samfundet, Meadows bekræftede, hvad økologer allerede havde fundet:Der er sket et skift i økosystemet. Specifikt, Meadows observerede, at det tidligere økosystem bevaret i døde skaller var forskelligt fra det nuværende levende økosystem. Hun bemærkede et skift mod Tellinidae, en familie af toskallede bløddyr, der er almindelige foderstoffer - en gruppe dyr, der enten kan spise mad, der har sat sig på havbunden eller filtrere mad fra vand, så de kan overleve i et foranderligt økosystem ved at filtrere mad fra vand eller ved at spise aflejringer af mad, der har lagt sig på bunden.

Der var også et skift i biomasse, fra et sæt toskallede arter til en anden inden for hver fodringsgruppe - hvilket betyder, at nye arter overtog disse job i økosystemet. Dette er en del af et stort skift i andre havbundsdyr i samme region - mod orme og væk fra de små krebsdyr, der er nøglefødevarer for store pattedyr som gråhvaler.

Endelig, på grundlag af døde skaller, Meadows fandt ud af, at en undergruppe af arter, der nu kun lever tæt på Alaskas kyst, plejede at leve i et større udvalg af havbundshabitater og ud i dybere farvande.

"Vi har i nogen tid vidst, at disse økosystemer nu er ret forskellige, " sagde Kidwell. "Der har været en reel omorganisering, afspejler en ændring i mad, iltning og kornstørrelse - hvor kraftige bundstrømmene er. Disse faktorer er alle drevet af temperaturændringer, men har en meget større indvirkning på et økosystem end opvarmning alene. "

Alle disse forskydninger mellem levende dyr og døde skaller findes på steder, hvor Grebmeiers gruppe uafhængigt har påvist økosystemændringer inden for de sidste 30 år. Da denne nye undersøgelse opdagede et lignende antal levende og døde toskallede, selv i områder, hvor der ikke var en observeret økosystemændring, de ved, at det sandsynligvis ikke er en fejl ved prøveudtagning.

"Døde skaller fungerer således godt til at identificere områder med nylige økosystemændringer, og frembringer ikke "falske positiver", hvor der ikke er sket nogen ændring, " sagde Meadows.

Et hav af forandring

Det arktiske stillehav ud for Alaskas kyst er et økosystem med en høj tæthed af havbundsdyr, hvor "ting ændrer sig først og hurtigt, " ifølge Meadows. Den hurtige ændring skyldes et fænomen kendt som arktisk forstærkning, hvor, når reflekterende is smelter, nyligt eksponeret vand og jord absorberer mere varme fra solen, hvilket resulterer i endnu mere opvarmning.

"Vi var virkelig i stand til at isolere klimaændringer som drivkraften bag disse skift, " sagde Meadows. "Arktis har ikke enorme kystbebyggelser eller intensivt landbrug, der kunne have påvirket kystvandene, og undersøgelsesområdet ligger nord for, hvor det meste erhvervsfiskeri er tilladt."

Meadows og Kidwell håber, at denne metode til at bruge skaller som en historisk registrering af forandringer nu vil tjene som et værktøj for videnskabsmænd, der studerer andre regioner. "Dette vindue ind i fortiden kan give os adgang til et meget mere komplet billede af, hvordan Arktis har ændret sig, " sagde Kidwell.

Skallerne, som Meadows studerede, er nu ved at blive geologisk dateret for at fastslå, hvor længe de har akkumuleret, og dermed hvor længe de økologiske forhold havde været stabile før det seneste regimeskifte.

Næste, Meadows vil rejse til St. Petersborg, Rusland for at dykke ned i landets zoologiske museumssamlinger for at få historisk indsigt om den side af Beringhavet, hvor havbunden er blevet prøvet så langt tilbage som i 1800-tallet.