Havets egen miljøsensor

Den lille hoppekrepsen raudåte er tildelt en stor rolle av forskere når de skal beregne effekten av oljeutslipp.

Publisert
Dette er dyret som forskerne bruker som "sensor" – de svarte feltene er oljedråper som dyret har tatt opp fra vannet det lever i. (Foto: Dag Altin)
Dette er dyret som forskerne bruker som "sensor" – de svarte feltene er oljedråper som dyret har tatt opp fra vannet det lever i. (Foto: Dag Altin)

Calanomics-prosjektet

I det egenfinansierte prosjektet Calanomics utvikler forskere i SINTEF nye analysemteoder som gjør det mulig å måle molekylære effekter i små organismer. Målemetodene har også blitt brukt i et prosjekt finansiert av Forskningsrådet, som skal undersøke hvordan oljesøl påvirker raudåta – og dermed miljøet i havet. Arbeidet skjer i samarbeid med NTNU, BioTrix, NIVA og Universitetet i Stockholm.

Den lille hoppekrepsen raudåte (Calanus finmarchicus) brukes både som fôr til oppdrettsfisk og som råstoff for marine oljer.

Årsaken er dyrets høye protein- og fettinnhold, og ikke minst: de enorme mengdene av den.

– Raudåta er Norges vanligste dyr om vi bruker biomasse som målestokk, sier forsker Trond Størseth.

Til sammenlikning: Norskehavet og Barentshavet inneholder 15 millioner tonn sild, men hele 300 millioner tonn med raudåte.

Men Størseth og hans kolleger har en annen interesse for raudåta. De bruker den som miljøsensor:

Raudåta spiser planteplankton og er selv mat for fisken. Siden den er en viktig del av næringskjeden i havet, viser den også hvordan det står til med det marine miljøet – for eksempel etter et oljeutslipp.

– Raudåta spiser og filtrerer også de ørsmå oljedråpene. Derfor er de viktige i arbeidet med blant annet å kartlegge miljøkonsekvensene etter slike ulykker, forklarer forskeren.

Et tilfeldig møte

Ideen med å bruke en hoppekreps som biokjemisk miljø-sensor, dukket opp en forblåst vinterdag for fem år siden. Da møtte tilfeldigvis Trond Størseth sin tidligere studiekamerat Bjørn Henrik Hansen på parkeringsplassen utenfor SINTEF SeaLab.

Mens kjemikeren Trond da jobbet med fiskeri og havbruk, var Bjørn Henrik ansatt ved instituttet for materialer og kjemi, som øko-toksikolog. En felles faglig interesse for effekter av miljøgifter resulterte i en fagprat som til tross for vind og kulde ikke var over før det var blitt mørkt.

Bjørn Henrik Hansen (t.v) og Trond Størseth bruker det lille krepsedyret Callanus som miljøsensor. Her i laboratoriet ved SINTEF SeaLab. (Foto: Thor Nielsen)
Bjørn Henrik Hansen (t.v) og Trond Størseth bruker det lille krepsedyret Callanus som miljøsensor. Her i laboratoriet ved SINTEF SeaLab. (Foto: Thor Nielsen)

Allerede to dager senere hadde de to SINTEF-forskerne utsatt en liten laboratorie-koloni med raudåte for en passende dose kvikksølv, for å etterprøve tankene de hadde fått under kveldspraten: at endringer i biokjemien til havets små dyr kan fungere som sensorer for miljøet i havet.

– Resultatene viste seg med en gang, forteller Størseth. – Vi ble like ivrige begge to, noe som førte til en god del frivillig forskningsarbeid på kveldstid. Vi innså ganske fort at dette hadde potensiale – og i påska etter satt vi her på kontoret og skrev vår første søknad om penger til Forskningsrådet, forteller Størseth.

Dette ble etterhvert grunnlaget for en av framtidas konsernsatsinger i SINTEF: Industriell biovitenskap.

Selvlysende olje

I laboratoriene til SINTEF/NTNU SeaLab på Brattørkaia i Trondheim lever verdens eldste, og kanskje den eneste, laboratoriekulturen av Calanus finmarchicus. Her studerer forskerne hvordan det lille dyret reagerer på miljøgifter i havet.

– Det forteller oss om hva vi kan forvente av miljøpåvirkning, både på individnivå, på en populasjon og på hele økosystemet i et havområde, forklarer Bjørn Henrik Hansen.

I det lille laboratorierommet hvor raudåta lever i kar med sjøvann fra Trondheimsfjorden, er det mørkt og kjølig. For et utrent øye minner åtene mer om små vannlopper, og rødfargen er ikke så lett å få øye på.

De små dyrene som svømmer foran oss i tusentall, er forskernes viktigste verktøy i prosjektet Calanomics.

Oljen lyser på dyrekroppen

Forskeren viser fram et foto av en to millimeter stor raudåte som er utsatt for en høy konsentrasjon av oljedråper i 96 timer. Deretter er dyret fotografert med fluorescence-mikroskop.

De ørsmå oljedråpene som har havnet i kroppen til dyret, lyser opp som gule flekker på bildet – og dekker store deler av kroppsoverflaten.

– Flekkene viser hvilken evne denne arten har som levende sensor, sier Hansen.

Så langt har Calanomics-prosjektet resultert i flere ulike kjemiske analysemetoder. Disse gjør det mulig å studere detaljene som skjer i flere ulike arter når de utsettes for oljesøl.

– Det vi har gjort i praksis, er å måle endringer i stoffskiftet til små kryp som raudåte, krabbe, eller fiskelarver. Det skjer gjennom å ta prøver av dyrene, lage en “molekylsuppe” av dem ved hjelp av flytende nitrogen og påfølgende knusing.

Deretter analyseres de biologiske prøvene med kjernemagnetisk resonansspektroskopi (NMR) og med massespektrometri (MS).

Dette gir et detaljert bilde av tilstanden til organismen gjennom å måle nivået av de kjemiske stoffene som finnes i de små dyrene.

– Endringene i dyrenes stoffskifte forteller oss dermed hvordan dyrene reagerer på menneskeskapte miljøendringer i det marine miljøet. Dyrene er svært sensitive verktøy som kan gi oss svært mange og komplekse indikatorer på miljøgifter fra en enkel måling, forklarer kollega Trond Størseth.

Gir masse informasjon

Akkurat som man på sykehuset kan stille en diagnose ved å måle sykdomsrelaterte molekylære effekter i en blodprøve, utvikler forskerne nå diagnostiske verktøy som skal fortelle hvilke følger oljeeksponering har på det marine miljøet:

– Når vi analyserer prøvene får vi informasjon om hundrevis av stoffskiftemolekyler Disse kan ha mange funksjoner og deles inn i blant annet energiforbindelser, signalstoffer i celler, stoffer som inngår i cellestruktur og nedbrytningsprodukter fra stoffskifte og hormoner.

– Nivået av ulike hormoner og aminosyrer kan blant annet fortelle om eventuelle endringer i organismene. Som for eksempel om evnen til reproduksjon påvirkes, sier Størseth, som er utdannet biokjemiker.

Kjemisk spredning er viktig

Et av oljeindustriens viktigste verktøy i kampen mot oljeutslipp er kjemiske dispergeringsmidler.

Disse stoffene løser opp oljen, slik at den ender som små dråper i vannmassene. Kjemikaliene er en del av oljevernberedskapen i Norge.

Etter det store utslippet i Mexico-gulfen i april 2010, ble de brukt i store mengder: Over fem millioner liter med spredningsmidler ble spredd i havområdet rundt katastrofebrønnen. Men selv om oljen ble fjernet fra det meste av havoverflata, forsvinner ikke stoffene som kan være skadelige. De endrer bare form.

– Olje er en kompleks blanding av mange forskjellige kjemiske forbindelser. Noen av disse er giftige. Når oljen dispergeres, dannes bitte små oljedråper, og fra disse lekker det ut kjemiske forbindelser over tid. Derfor er det viktig å undersøke om stoffene påvirker dyrene – og hvor giftige de er, forklarer øko-toksikolog Bjørn Henrik Hansen.

Først i verden med metoden

Hypotesen til forskerne var at oljedråper som var finfordelt ved hjelp av kjemikalier, ikke er mer giftige enn de som naturen selv har løst opp på mekanisk vis ved hjelp av bølger.

– Forsøkene våre har vist at dette var korrekt når vi studerte akutt dødelighet og stoffskiftespor. Vi har nå gjennomført forsøk hvor vi har sett på effekter på reproduksjon, og disse resultatene vil være klare snart, sier Hansen.

– Metodikken vi benytter for å lage oljedispersjoner er vi først i verden med, og metoden har fått stor internasjonal interesse, særlig i USA.

Den usynlige grensen

Sammen med oljeindustrien har forskerne på SINTEF SeaLab arbeidet i en årrekke med å utvikle matematiske modeller som beregner risikoen for miljøskader etter et oljeutslipp. Mye av usikkerheten i beregningene er knyttet til hvor mye olje de ulike marine organismene faktisk tåler.

– Forsøkene våre vil avdekke akkurat hvor mye raudåta vil tåle over tid. Årsaken er at vi ikke bare måler om raudåta lever eller dør, men avdekker andre skader som kan få stor betydning for miljøet, sier Hansen.

Funnene skal inkluderes i den matematiske modellen som allerede finnes. Da kan forskerne i framtida forutsi miljøeffektene av et oljeutslipp med langt større nøyaktighet enn i dag.