Sjómannadagsblað Vestmannaeyja 1982/Sjávarþörungar
Inngangur. Snemma í vetur talaðist svo til milli mín og ritstjóra Sjómannadagsblaðs Vestmannaeyja, að ég gerði hér á síðum blaðsins nokkra grein fyrir framhaldsnámi því, sem ég stundaði í sjávarlíffræði við Háskólann í Osló. Skal ég nú reyna að segja frá faginu sem slíku þó að sjálfsögðu verði stiklað á stóru. Það er alltaf erfitt að skrifa almennum orðum um sérfræðigrein, þar sem orð og hugtök hennar eru að jafnaði ekki mikið notuð í daglegu máli. En menn verða að virða viljann fyrir verkið. Vona ég að einhver verði ögn fróðari um þá grein sjávarlíffræði, sem nám mitt byggist á, en það eru sjávarþörungar.
Haffræði. Haffræði er það orð, sem notað er um öll svið sjávarrannsókna. Hún skiptist í margar ólíkar greinar, svo sem: hafeðlisfræði, hafefnafræði, jarðfræði hafbotns og sjávarlíffræði.
Sjávarlíffræðin greinist síðan niður í mörg svið. í fyrsta lagi skilur á milli þeirra, sem athuga sjávardýr og hinna, sem rannsaka sjávarplöntur. Undirritaður er í hópi hinna síðarnefndu. Enn greinist sviðið niður. Einbeita sumir sér að botnþörungum sem flestir þekkja. Þeir vaxa í fjörum, fastir við steina, skeljar eða annað lauslegt, allt niður á 30 til 50 metra dýpi. Söl, þang og þari eru ágæt dæmi um þessar gerðir þörunga. Þessi hluti hafplantna leggur þó aðeins til lítinn hluta af árlegri frumframleiðslu lífræns efnis í heimshöfunum. Hinn hluti hafplantna kallast svifþörungar. Þetta er sú grein innan sjávarlíffræði sem ég lagði aðaláherslu á í mínu námi.
Nafnið svifþörungar á rætur að rekja til þess, að þetta eru einfrumungar (hver fruma sjálfstæður einstaklingur), sem svífa um í efstu sjávarlögunum (0-50 metrar), að mestu háðir hreyfingum veðra og vinda. Svifþörungar greinast niður í marga ólíka hópa, sem nánar verður komið inn á síðar.
Fyrstu rannsóknir. Fyrstu rannsóknir á svifþörungum heimshafanna voru gerðar upp úr 1860, þegar breska rannsóknarskipið Challenger fór í rannsóknarferð um öll stærstu úthöfin. Athuganirnar í þessum leiðangri staðfestu að bæði dýra- og jurtasvif fannst í öllum höfum, og auk þess dýralíf niður á mesta dýpi.
Tvö tæki voru einkar nauðsynleg til þessara athugana. Það voru svifháfurinn og smásjáin. Smásjáin hafði þá verið í notkun nokkuð lengi en svifháfurinn var tiltölulega ný uppfinning á þeim tíma. Háfinum má líkja við troll að gerð, en er þó ekki nema 50 til 150 cm á lengd. Hann er mjög fínmöskva, svo fínmöskva að möskvar nælonsokka eru grófir miðað við háfmöskvana (0,02 til 0,06 mm). Við það að draga háfinn gegnum sjóinn, síast sjórinn út gegnum möskvana en plöntusvifið situr eftir og safnast í flösku sem bundin er neðst í háfinn (samsvarandi poka á trolli).
Fljótlega kom í ljós að mismikið svif (plöntu og dýra) var á mismunandi hafsvæðum. Þannig varð ljóst að stærstu svæði úthafanna gáfu tiltölulega lítið af sér (svipar til eyðimerkursvæða og rýrustu landsvæða). Hinsvegar voru sum landgrunnssvæði, uppstreymissvæði, þar sem upp kemur næringarríkur sjór og svæði þar sem mætast heitir og kaldir straumar (blöndunarsvæði), mjög rík af plöntusvifi. Það má minna á að Ísland liggur á mótum slíkra strauma. Einmitt þetta atriði á mikinn þátt í því hve íslenska hafsvæðið er auðugt.
Hvað er rannsakað? Til þess að geta betur skilið þær breytingar á magni plöntusvifsins, sem á undan var drepið á, beita sjávarlíffræðingar ýmsum aðferðum við rannsóknirnar. Þeir athuga magn plöntusvifsins beint, með því að telja frumufjöldann miðað við ákveðið rúmmál af sjó (t.d. 1 lítra), eða mæla efni í frumunum sjálfum sem mælikvarða á magn þeirra (t.d. litarefni, kolefni, köfnunarefnissambönd og fleira). Einnig mæla þeir ýmsa umhverfisþætti svo sem hitastig, seltu og magn næringarefna sem eru uppleyst í sjónum og eru nauðsynleg plöntunum (þau sömu og fyrir landplöntur). Mæld er sú sólarorka sem berst sjávarfletinum á hverjum stað og hvernig hún dreifist með dýpi. Frekari rannsóknir á því hvernig svifþörungar gleypa ljósið og næringarefnin, hvernig hver fruma vex, skiptir sér og deyr eða er étin, hafa mikla þýðingu. Þá er einnig athugað hvernig hin dauða fruma leysist upp og efni hennar eru notuð af öðrum lífverum. Slíkar rannsóknir á plöntum sjávarins eru gerðar vegna þess að þær eru frumframleiðendur á lífrænu efni. Þær eru einu lífverurnar í sjónum, sem geta beislað sólarorkuna, tekið upp steinefni, næringarefni (nitrat, fosfat) og koltvísýring (CO2) og myndað úr þessu lífræn efni. Þær framleiða því næringu sem allar aðrar lífverur geta nærst á. Svifþörungarnir eru því fyrsti hlekkurinn í fæðukeðju hafsins, grunnurinn að þeim fæðupíramída sem viðgengst í hafinu. Ef plöntur sjávarins eyðast munu einnig aðrar lífverur hverfa á braut.
Tegundafjölbreytni og lögun plöntusvifs. Þó svifþörungarnir séu mjög smáir (0,002-0,2 mm) eru þeir ótrúlega mismunandi að stærð og gerð. Til eru yfir 1000 tegundir í sjónum. Þetta er ekki mikið miðað við tegundafjöldann hjá landplöntum, en mikið þegar tekið er tillit til þess að þær lifa allar í nokkurn veginn sama umhverfi, þ.e. hafinu. Hreyfingar svifþörunga eru algjörlega háðar veðri og vindum. Jafnvel minnstu breytingar í eðlisþyngd sjávar, í næringarefnastyrkleika eða ljósmagni, geta haft úrslitaáhrif á það hvort hver einstök tegund þrífst eða deyr. Það er því ljóst að þessir einfrumungar hafa þróað með sér tegundafjölbreytni af ákveðnumástæðum. Þannig hlýtur hvert form um sig að hafa einhverja sérkosti, miðað við ákveðnar umhverfisaðstæður.
En lítum nú nánar á hverskonar lífverur er um að ræða. Svifþörungar skiptast niður í marga ólíka hópa. Algengustu hóparnir hér við land eru kísilþörungar, skoruþörungar, kalksvipuþörungar og örsmáir svipuþörungar, sem geta tilheyrt mörgum flokkum (augnþörungar, grænþörungar, gulþörungar o.fl. Mynd 1 og 2).
Eitt af því sem greinir þessa hópa að er frumuveggurinn. Kísilþörungar hafa um sig vegg úr kísil, skoruþörungar vegg úr sellulósa (sykra) en kalksvipuþörungar vegg úr kalki. Svo eru til enn aðrir hópar sem ekki hafa frumuvegg.
Frumuveggurinn stuðlar að því að gera formið stífara. Á frumuvegg allra þessara tegunda myndast gjarnan munstur sem notað er til að greina tegundirnar sundur (myndir 3 og 4). Engar tvær tegundir hafa sama munstur. Munstur kísilþörunga er gert úr allskyns holum og hólum og öðru útflúri. Skoruþörungar eiga það hins vegar sameiginlegt með kalksvipuþörungum að veggurinn er gerður úr plötum sem raðast utanum frumuna og myndar mismunandi munstur eftir tegundum. Er ævintýralegt að skoða skeljarnar af þessum lífverum, ekki síst þegar þær hafa verið stækkaðar mörg þúsund sinnum í rafeindasmásjá (myndir 3 og 4).
Kísilþörungar mynda gjarnan keðjur. Þá tengjast frumurnar saman með slímþráðum eða slímpúðum (mynd 1, nr. 5-9). Geta verið tugir fruma í slíkum keðjum.
Skoruþörungar og kalksvipuþörungar mynda aftur á móti ekki slíkar keðjur nema í undantekningartilfellum (myndir 1, nr. 1-4 og 2, nr. 7 og 8). Þessir tveir síðastnefndu flokkar hafa á frumunum svipur (þráð), sem eru hreyfitæki þeirra, (mynd 2, nr. 2,4,5,8 og 10) en kísilþörungar hafa engin slík hreyfitæki.
Svipurnar eru þó mjög vanmáttugar og eru ekki þess megnugar að flytja frumurnar úr stað nema í litlum mæli.
Hlutverk svifþörunga. Aðalhlutverk svifþörunga er að framleiða lífrænt efni eins og að framan er getið, bæði til að viðhalda sjálfum sér, en einnig til að mynda næringu fyrir dýrin. Um leið og þeir gera þetta gefa þeir frá sér súrefni (O2) sem allar aðrar lífverur (ásamt þeim sjálfum) nota til öndunar.
Plönturnar sjá því öllum dýrum fyrir súrefni. Þar sem plönturnar geta nýmyndað lífrænt efni og fjölgað sér eru þær næring fyrir hin örsmáu krabbadýr, sviflægar lirfur allskonar botndýra, og fiskseiði sem eru nýklakin, en hafa sleppt kviðpokastiginu. En lítum nú á hvernig lífið lifnar og deyr frá einu hausti til annars.
Árshringrásin. Yfir vetrarmánuðina (nóv.-feb.) meðan lítillar birtu nýtur er vöxtur svifþörunganna í algjöru lágmarki. Sumar tegundir mynda jafnvel dvalargró yfir þennan erfiðasta tíma ársins, sem síðan geta spírað og myndað nýjar frumur að vori, þegar umhverfisaðstæður verða heppilegri. Hvernig er þá árshringrásin hjá svifþörungunum? Á haustin fer birtan dvínandi og yfirborð sjávar kólnar vegna minnkandi lofthita. Þá verður mikil lóðrétt blöndun í hafinu. Kaldur, þungur yfirborðssjórinn sekkur, en upp kemur léttari næringarríkur sjór. Þessi blöndun heldur áfram allan veturinn og að vori (mars) er hitastigið um það bil það sama frá yfirborði og niður úr. Nú fer sól að hækka á lofti og yfirborð sjávar að hlýna. Geta þá þörungarnir nýtt sér birtuna og næringarefnin og byrjað að framleiða lífræn efni og fjölga sér. Við heppilegar aðstæður, t.d. lygnan sjó og bjartviðri, geta plönturnar fjölgað sér mjög ört á stuttum tíma. Það eru aðallega kísilþörungar sem vaxa fyrstir á vorin. Þar sem mikið er af þeim getur sjórinn orðið dökkbrúnn á litinn. Flestir sjómenn kannast við slýið sem sest á netabaujur, þegar kemur fram í apríl.
Þetta eru kísilþörungar í milljónavís. Magnið getur orðið það mikið, að margar milljónir fruma séu í hverjum lítra af sjó. Þegar slíkur kippur kemur í vöxt kísilþörunganna gengur fljótt á næringarefnaforðann í efstu sjávarlögunum. Ef ekki kemur til ný blöndun við neðri sjávarlögin, sem færir að næringarefni, stöðvast fjölgun frumanna að mestu leyti, þar til næringarástandið breytist.
Þannig myndast vaxtartoppur á vorin, sem kallast vorhámark. Á eftir vorhámarki kísilþörunganna verður oft jafn vöxtur, fremur hægur, út sumarið.
Á þeim tíma hverfa kísilþörungarnir að hluta úr plöntusvifinu en meira ber á skoruþörungum og kalksvipuþörungum. Þetta ástand varir þar til haustblöndun hefst á ný með tilfærslu næringarefna. Kemur þá gjarnan vaxtarkippur í kísilþörungana að nýju í nokkurn tíma. Kallast sá toppur hausthámark. Úr því fer birtan að verða takmarkandi þáttur í vexti plöntusvifsins, en jafnframt eykst blöndun og ný hringrás hefst.
Samspil plantna og dýra. Þó vorhámark plöntusvifsins sé árvisst, er gjarnan mikill tímamunur á því hvenær vors það verður. Getur þessi munur hæglega numið nokkrum vikum hér við land, frá einu ári til annars. Í kjölfar vorhámarks kísilþörunganna koma krabbadýrin (rauðáta, ljósáta og fleiri) og éta plöntusvifið. Þau þroska egg sem klekjast í lirfur, sem einnig beita plönturnar. Hámark krabbadýranna er þó alltaf nokkru seinna en plantnanna. Á svipuðum tíma fer einnig fram hrygning okkar aðalnytjafiska. Þeirra seiði nýta bæði plöntu- og jurtasvif sem fæðu eftir klakið. Menn velta því nú sífellt meira fyrir sér, hvaða þættir það eru sem ráða því hvort klak tekst vel eða illa hjá nytjafiskunum. Eru menn ekki á eitt sáttir hvað veldur. Eins og áður er vikið að, er vorhámark plöntusvifsins mjög breytilegt í tíma og þar af leiðandi einnig koma krabbadýranna.
Hrygningartími fiskanna, t.d. þorsks, getur verið mjög breytilegur, allt frá því í byrjun apríl og langt fram í maí. Einnig virðast kynin oft vera mislangt komin í hrygningaþroska sínum. Flestir eru þó sammála um, að það sem úrslitum[ innsláttarvilla í bók] ráði hvort klak tekst eða ekki, sé eftirfarandi: Seiðin hafi aðgang að fæðu af réttri stærð þegar kviðpokastiginu lýkur og þau byrja að taka til sín fæðu. Í stuttu máli má því segja, að það sem ræður góðu klaki sé gott samspil allra þeirra þátta sem hlut eiga að máli.