| dc.description.abstract | Mange arter forsvinner i det stille, men dette er i ferd med å bli en av de største truslene vi står overfor i dag. For å begrense tapet av biologisk mangfold er det viktig å overvåke og forstå artene som lever i de ulike økosystemene. Dyreplankton er en divers gruppe organismer som finnes over hele kloden. De er bindeleddet mellom planteplankton, og de høyere konsumentene. Denne gruppen er derfor sentral for å forstå biologisk mangfold, populasjonsendringer og økosystemfunksjonalitet. Metodene som brukes for å overvåke dyreplankton i dag kan imidlertid være upresise og langsomme. Dermed er effektive metoder avgjørende for å bevare biodiversitet. Bioluminescens finnes i alle verdenshavene i ulike grupper dyreplankton. Tidligere forskning har vist at mye kan bli lært om økologien til en art ved å forstå deres bioluminescens. Det har også blitt antydet at bioluminescens kan ha taxa-spesifikke egenskaper, men det er usikkert til hvilken grad det kan brukes som et verktøy.
Målet med denne studien er å vurdere om dyreplanktonets emitterte lysspekter (spektrale bioluminescens), det vil si fargen på lyset, kan brukes til in situ-identifikasjon av taxa. Individer til målingene ble funnet med planktonhåv og diverse håndholdte håver, under polarnatt i Kongsfjorden, Svalbard, og ulike steder og årstider i Trondheimsfjorden, Midt-Norge. Variasjonen i spektral bioluminescens mellom, og innen, arter ble analysert, hvor taxa, måned, sted og stimulusmetode ble sammenlignet. Levende dyr ble stimulert, enten mekanisk, ved hjelp av lys eller osmotisk stress. Lyset ble umiddelbart målt med et spektrometer. Bølgetoppen (λmax) og full båndbredde ved halv intensitet (FWHM) samt formen på lysspektrene ble sammenlignet. Individer ble morfologisk og molekylært artsbestemt til lavest mulig taksonomisk nivå.
Totalt ble det utført målinger på 270 individer, som tilhørte 21 ulike taksa, klassifisert til 10 arter, fem slekter, tre ordener, én klasse, én fylum, og noen eksemplarer i samlebetegnelsen Coelenterata (Cnidaria og Ctenophora). Bioluminescens ble innhentet fra 18 taxa tilhørende phyla Ctenophora, Cnidaria, Arthropoda og Annelida. Den hyppigste og vellykkede metoden for å stimulere dyrene, var med mekanisk stimulering. Noen få av artene hadde et unik spektra sammenlignet med de andre artene, og kunne skilles fra resten, som kopepoden, Aetideopsis armata, ulike euphausiider og Clytia spp. De bioluminescerende artene med λmax i det blå fargespektret, ctenophorer, Metridia spp. og Tomopteris spp. var svært like og vanskelige å skille fra hverandre. Både Metridia spp. og Tomopteris spp. hadde imidlertid en annen spektralform enn ctenophorer. Den eneste intraspesifikke variasjonen ble funnet hos hydrozoa Clytia spp. som ble samlet i august i Trondheimsfjorden og i oktober i Hopavågen. Dette kan skyldes at de grønne fluorescerende proteinene uttrykkes ulikt i de to habitatene, eller at det er ulike arter de ulike stedene. Selv om det er variasjon mellom enkelte taxa, er det tvilsomt om det er praktisk mulig å få til in situ-målinger. Det er to hovedgrunner til dette. Lyssignalet er ofte svakt og skjer fort, noe som gjør det vanskelig å måle nært nokk. For det andre, har spektralmålingene fra studier vært svært varierende. Det er usikkert til hvilken grad dette skyldes biologiske variasjoner, som genetisk variasjon eller fenotypisk plastisitet, i taxaene, eller inkonsekvente metoder mellom studiene, f.eks. feilklassifiserte arter eller spektrometer med lav oppløsning. Dette understreker behovet for en taxa-spesifikk protokoll samt ytterlig kartlegging av spektral bioluminescens, på artsnivå. Når disse utfordringene er løst, kan bioluminescens bidra til å bevare det biologiske mangfoldet. | |
| dc.description.abstract | Many species are quietly lost, which is becoming one of the biggest threats we are facing today. To restrain biodiversity loss, monitoring and understanding the species that live in various ecosystems has become an important task to conquer. Zooplankton is a diverse group of organisms found across the globe, connecting the phytoplankton and the higher consumers. This important group is thus central in understanding diversity, population changes and functionality of marine ecosystems. However, the methods used today to monitor zooplankton diversity can be unprecise and slow, hence, advanced techniques are needed. Bioluminescence is a ubiquitous trait of the world’s oceans and is found in several zooplankton taxa. Previous research has shown that by understanding the bioluminescent flash of a species, much can be learnt about their ecology. It has also been shown that bioluminescence has taxa specific traits, but it is uncertain to what extent this can be used as a taxa recognition tool. The aim of this study is to assess if zooplankton spectral bioluminescence, meaning the color of the flashes, can be used for in situ taxa identification. Specimens for the measurements were collected with plankton nets and custom-made handheld nets from Kongsfjord, Svalbard, during polar night, and various locations of the Trondheimsfjord, mid Norway, during different seasons. The inter- and intraspecific variation in bioluminescent spectra was considered, where taxa, month, location and method of stimuli were compared. Bioluminescence was stimulated in live animals either mechanically, by light or by osmotic stress. The flashes were immediately recorded with a spectrometer. The peak wavelength (λmax) and full bandwidth at half intensity (FWHM) as well as the general shape of the bioluminescence spectra were compared within and between taxa. Morphological and molecular identification was used to identify the specimens.
In total, measurements were performed on 270 specimens, belonging to 21 different taxa classified to 10 species, five genus, three orders, one class, one phylum, and some specimens to the collective term, Coelenterata (phyla Cnidaria and Ctenophora). Bioluminescence spectra were obtained from 18 taxa from the phyla Ctenophora, Cnidaria, Arthropoda and Annelida. The most successful method to trigger bioluminescence was mechanical stimulation. A few of the taxa had unique spectral composition compared to the other species, and were distinguishable from the rest, like the copepod Aetideopsis armata, various euphausiids and the hydrozoan Clytia spp. The bioluminescent specimens with a λmax in the blue wavelength range, the ctenophores, Metridia spp. and Tomopteris spp., had very similar spectra, difficult to distinguish from each other. However, both Metridia spp. and Tomopteris spp. had a different spectral shape compared to the ctenophores. The only intraspecific variation was found in the hydrozoan Clytia spp., collected during August in Trondheimsfjord, and October in Hopavågen. This may be due to its green fluorescent proteins being expressed differently in the two habitats, or that it is variation due to two different species. Although there is variation between some taxa, the practicality of obtaining in situ measurements is questionable. This is for two reasons. Firstly, that the flashes are often dim and sudden, posing a proximity challenge. Secondly, the spectral measurements from other studies were highly variable. It is uncertain to what extent this is due to biological variations, like genetic variation or phenotypic plasticity, in the taxa, or inconsistencies in the spectral measurement methods, i.e. wrongly classified species or measurement devices with a low resolution. This stresses the need for a taxa specific protocol as well as further mapping spectral bioluminescence in more specimens, to species level. Once these challenges are solved, bioluminescence can ultimately help conserve biodiversity. | |
