Forskere borer ny viden ud af havets ’vise sten’

Fisks øresten er en af havets mest troværdige datakilder og har i næsten et århundrede givet viden om fiskenes alder og vækst. Nu formår forskere tilmed at hive information ud, der kan afsløre ændringer i havets fødekæder over tid.

31.05.2013 | Camilla Nissen Toftdal

Ørestenen her er brændt og skåret over, og ringene viser, at den stammer fra en seks år gammel torsk. Nu er det endelig lykkedes biologer fra Aarhus Universitet at udvikle en metode til at undersøge den ene procent af ørestenen, som kan fortælle, hvad og hvor fisken har spist. Foto: Peter Grønkjær

Forskernes næste skridt er at anvende deres metode på molboøsters. Hermed kan de tage højde for naturlige forandringer nederst i fødekæden og inkludere dette i deres analyser af proteinerne i torskenes øresten. Muslingerne her har Jens B. Pedersen flyttet fra Aarhusbugtens bund, hvor de kan ligge nedgravet på samme sted i op til 450 år, til akvarierne i den dybe kælder under Marin Økologi på Aarhus Universitet. Foto: Lise Balsby / AU Kommunikation

Et enkelt snit er nok. Torskens hoved er skåret op, det indre øre er blottet, og spidsen af kniven løsner de små øresten. År og dage senere lykkes det for to fiskeøkologer, Peter Grønkjær og Jens B. Pedersen, at adskille den ene procent af ørestensmaterialet, nemlig proteinerne, fra den hårde kalk og til sidst gemme pulveret i en lille kapsel.

"Ørestenene er en helt unik datakilde, et biologisk opslagsværk, der i årtier har været brugt til at skaffe viden om alder, vækst og vandringer hos fisk. Vi har nu fundet ud af, hvordan man trækker proteinernes information ud af ørestenene, og dermed har vi tilføjet et helt nyt kapitel til de data, man kan få fra ørestene. I ørestenenes proteiner finder vi en præcis afspejling af torskens fødeindtag, og det har man ikke tidligere haft metoder til at undersøge," fortæller lektor Peter Grønkjær fra Institut for Bioscience.

Sammenhænge mellem fysiske og biologiske processer
Øresten er indsamlet systematisk siden 1890’erne, og de nedbrydes ikke. Forskerne er altså heldige at have et helt bibliotek med biologiske prøver sirligt arkiveret i simple papirposer.

"Med vores nye metode og de millionvis af tilgængelige prøver kan vi gå tilbage i tiden og undersøge, hvilken føde der historisk set har været tilgængelig for fisk, såsom torsken. Det giver os en meget vigtig viden om ændringer i havets fødekæder over lange tidsperioder, og de ændringerne kan vi knytte til påvirkninger fra klima og fiskeri", siger Jens B. Pedersen.

"Og når vi kender baggrunden for de historiske ændringer, kan vi for bedre forudsige kollaps i fiskebestanden og de effekter, det kan have på hele økosystemet", supplerer Peter Grønkjær.

Klare signaler fra fiskenes ”sorte boks”
Teknisk snilde, en boremaskine med usandsynlig små bor og en avanceret centrifuge har gjort det muligt for Aarhus-forskerne at få isoleret de små mængder protein i ørestenene og dermed selve ”fingeraftrykkene” fra den føde, deres torsk har indtaget. Kolleger fra Institut for Fysik og Astronomi har efterfølgende analyseret prøvernes indhold af stabile kvælstof- og kulstofisotoper ved hjælp af avanceret udstyr, der kan måle meget præcist på isotoperne, selvom prøverne er små.

"Fysikerne har målt på forholdet mellem lette og tunge isotoper af grundstofferne kvælstof og kulstof. Det er den samme metode, man bruger, når man vil undersøge, hvad en nulevende torsk har spist ved for eksempel at undersøge dens muskelvæv, men signalet fra ørestenene har vist sig at være meget mere præcist end signalet, man får frem ved at analysere muskelvæv eller knoglevæv", fortæller Peter Grønkjær.

Store ændringer ses i det små
Forekomsten af kvælstofvarianter fortæller, hvilket niveau i fødekæden torsken har spist løs af, og de såkaldte kulstofisotoper viser, om torsken har levet og spist nær kysten eller ude på det åbne hav. At forskerne undersøger torsk, er ikke tilfældigt:

"Torsken lever højt i fødekæden, men den æder alle dyr under sig. Hvis klima eller fiskeri har ændret forekomsten af byttedyr, kan vi se det på den føde, torsken har indtaget. Ændringer i torskens føde kan på den måde bruges som et mål for ændringer i det marine økosystem", forklarer Jens B. Pedersen.

Sammen med Peter Grønkjær er han i gang med at analysere datasæt, der tyder på, at noget så globalt som ændringer i vindforholdene i atmosfæren faktisk har påvirket torskenes fødeindtag og dermed sat et aftryk i de små øresten.

Fakta: Biologi gemt i en struktur af kalk

  • Øresten består af et porøst net af proteiner, som er bundet til en fast struktur af kalk. I takt med at fisken bliver ældre, vokser ørestenen sig større ved at danne tydelige årringe.
  • Øresten fra torsk har i mere end hundrede år været brugt til at aldersbestemme fisk og undersøge deres vækst.
  • Nye teknikker har de seneste årtier gjort det muligt for forskerne også at bruge øresten, muslingeskaller og andre biomineraler til at få viden om ændringerne i det marine miljø hen over tid, for eksempel ændringer i temperatur og saltholdighed. Sådanne undersøgelser bruger det uorganiske materiale, som udgør 99 procent af en øresten.
  • Med Aarhus-forskernes nye metode er det også muligt at få viden om fisk fødegrundlag ved at analysere proteinerne, der ligger gemt i øresten.
  • I et nyt projekt undersøger forskerne, hvordan proteinet indlejres i molboøsters. Molboøsters er det længst levende dyr, vi kender. Skallen gemmer information om op til 450 års fødeindtag, og den information vil forskerne analysere med deres nye metode.

Læs mere:

  • Grønkjær, P. et al (2013) Stable N and C isotopes in the organic matrix of fish otoliths: validation of a new approach for studying spatial and temporal changes in the trophic structure of aquatic ecosystems in Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 70, 1: 143-146.

Kontakt:
Lektor Peter Grønkjær, Marin Økologi, Institut for Bioscience, Aarhus Universitet, peter.groenkjaer@biology.au.dk, 87156114 / 23382177
Postdoc Jens Brøgger Pedersen, Marin Økologi, Institut for Bioscience, Aarhus Universitet, jens.b.pedersen@biology.au.dk, 87156117 / 51346670

Miljø, klima og energi, Alle grupper, Alle AU-enheder, Natur og teknologi, Forskning