Fryser inn Svalbard-planter for miljøet

REGN I ARKTIS: Målet til forskerne var å innkapsle små planter på tundraen i et tykt lag med is.

Dette kan virke rart – naturen gjør selv en ganske god jobb med å innkapsle planter på Svalbard i is og snø. Men forskerne ville bruke sitt eksperiment som en slags biologisk krystallkule.

Global oppvarming betyr at det vil regne mer på steder som Svalbard i løpet av vinteren. Forskerne lurt på hva denne endringen i klimaet vil gjøre med den vanlige tundraplanten kantlyng (Cassiope tetragona).

Dette er mer enn bare et akademisk spørsmål, siden klimaforskere sier at Svalbard allerede har sett den største temperaturøkningen noe sted i Europa i løpet av de siste tre tiårene.

– Vi har allerede sett store endringer i Svalbards klima, og vi venter at det kommer mer på grunn av global oppvarming, sier Brage B. Hansen, en biolog ved Senter for biodiversitetsdynamikk (CBD) ved NTNU, og en av forskningsartikkelens forfattere.

– Vi vet at når somrene blir varmere, vil plantene vokse mer. Men når vi får varmere vintre, som er enda mer dyptgripende på et sted som Svalbard, vet vi ikke helt hvordan dette påvirker planter.

Hansen og hans forskerkolleger ved Universitetssenteret på Svalbard og University of Aberdeen utviklet et eksperiment for å se om de kunne finne ut hvordan kantlyng ville greie seg om den ble innkapslet i et lag av is.

• Les også: Januarregn på Svalbard skapte problemer

Isbokser

Studien, publisert i Ecology and Evolution i februar, var resultat av et pilotprosjekt hvor de tester ut en idé for å se om den fortjener å bli fulgt opp.

Logistikk var en stor del av utfordringen.

Utenfor Longyearbyen, som har en befolkning på rundt 2000 mennesker, er det spredt bebyggelse, men egentlig ingen infrastruktur. Siden forskerne ønsket å fryse ned plantene i sine naturlige omgivelser ute på tundraen, måtte de bringe hver eneste dråpe vann ut til sine utvalgte forskningssteder på snøscooter, i stummende mørke og bitende kulde i mørketida.

I forsøket brukte de rammer av tre på 50 x 50 cm. Da kunne de isolere et avgrenset område dekket av kantlyng. Inne i boksen lagde de et tykt dekke av is over plantene.

– Vi testet ut ideer og logistikk og startet i relativt liten skala. Vi brukte seks rammer hvor vi kapslet inn planter i isen, og seks kontrollområder for å kunne sammenligne med ubehandlede planter, sier Øystein Varpe, førsteamanuensis ved Universitetssenteret på Svalbard.

Så kom den overraskende vanskelige utfordringen å faktisk fryse inn plantene i isen. Forskerne brukte 40 liter vann for hver av rammene.

De lærte raskt at hvis de helte på vann for fort, ville vannet bare renne ned i bakken og ut langs sidene på rammen. Hvis de gikk tom for vann, måtte de kjøre tilbake til Longyearbyen for å fylle opp igjen. Hver tapte dråpe ga nye problemer. De kom til slutt frem til et system der de bygde vegger av snø rundt boksene for å holde vannet inne til det rakk å fryse til.

– Det er en kald, våt og utfordrende jobb når det er -15 C og du arbeider med vann, sier Hansen. – Du må jobbe ganske hardt.

Mer skade, men mer vekst

Da sommeren kom og forskerne kom tilbake for å se effekten av innfrysingen, fant de at de plantene som var blitt innkapslet i isen hadde større sannsynlighet for å ha blitt skadet.

Kantlyng er egentlig en liten busk som vokser ved enten å forlenge sine skudd eller sende opp nye skudd. Innfrysingen skadet og drepte noen av plantenes skudd, og plantene som ble frosset inn blomstret også mindre, sier Varpe. Ingen av disse funnene overrasket teamet.

Men det som overrasket dem var at gjenværende uskadde skudd fra planter som var blitt innkapslet i isen faktisk vokste mer enn skudd fra plantene i kontrollgruppen. Tilsynelatende er dette merkelig: Hvis en plante blir skadet av frost, hvorfor skulle den vokse mer?

Hansen sier at han og kollegene tror dette skjedde fordi plantene kompenserte for skaden. Hvis de hadde færre skudd (fordi noen var døde) og ikke brukte like mye energi på å lage blomster, gikk den energien isteden over til de overlevende delene av planten, sa han.

– Kanskje dette gjenspeiler livshistoriestrategien deres, sier han og legger til at forskerne spekulerer og ennå ikke har definitive bevis. – Hvis du har virkelig dårlige forhold, hopper du over reproduksjon og lar noen skudd dø, men du fordeler mer av ressursene du har til vekst av de resterende skuddene.

Selv om de hadde relativt få replikater å analysere, var trenden så sterk at den var statistisk signifikant.

• Les også: Taper vi kampen om Arktis?

Kantlyng som en målemetode

Én grunn til at forskerne bestemte seg for å studere kantlyng er måten planten vokser på, samt hvordan andre forskere har brukt dette særegne vekstmønsteret i klimaforskningen.

Forskere har lenge brukt årringer som en slags tidsmaskin, spesielt når det gjelder vær og klima. I temperert lauvskog, for eksempel, får vi en ny årring hvert år, fordi planten vokser i bredden i den varme perioden. Denne vekstringen er synlig når du kutter treet og ser på det karakteristiske mønsteret av konsentriske ringer i tverrsnitt av trestammen.

Ikke overraskende er disse årringene tykkere når vekstforholdene er gode, og tynnere hvis vekstforholdene er dårlige. Trær som lever i svært lang tid, som metusalemfuru (som kan leve i flere tusen år), gir et bilde av vær og vekstforhold over lang tid vist som årringer.

Det viser seg at også kantlyng, selv om den bare er en liten arktisk busk, har en bestemt type vekstmønster som forskerne kan bruke til å måle årlig vekst, omtrent som årringer i et tre. Hvert år produserer hvert overlevende skudd en distinkt ny vekstdel, med en lengde som enkelt kan måles og sammenlignes med tidligere års deler.

Forskerne har lenge antatt at hvis kantlyngen vokser mye i et år, gjenspeiler det gode vekstforhold. Hvis den vokser lite, var vekstforholdene dårlige. Denne antakelsen har blitt brukt av noen forskere til å rekonstruere temperaturen i Arktis så langt tilbake som 1840.

Denne antakelsen må nå kanskje revurderes, mener Hansen.

– Noen av funnene vi har om plantevekst kan bli påvirket av andre klimatiske sammenhenger, sier han. – Hvis du hadde en veldig varm sommer der du så økt skuddvekst, kan du fort konkludere med at den varme sommeren var ansvarlig for den økte veksten. Men det kan faktisk ha vært den varme vinteren og skaden på planten som er årsaken.

Tre masterstudenter vil finne svar

De overraskende funnene i pilotstudien oppmuntret Hansen og hans kolleger til å starte en større og mer komplisert studie i vinter.

Denne gangen, i stedet for seks frosne rammer og seks kontrollområder, har forskerne 22 rammer med ulike forsøksoppsett. De undersøker også planter som er viktige som fôr for planteetere på Svalbard, som rein, gjess og rype. Kantlyng blir ikke er spist av beitedyr i det hele tatt.

I sommer vil tre masterstudenter måle vekst og blomstring av alle plantene for å se hva som skjer. Studien vil også strekke seg over flere år, fordi noen ganger kan effekten av en hard vinter eller varm sommer bli forsinket.

– Vi vet at det kan være forsinkede effekter, sier Hansen. – Kanskje er det sånn at hvis du produserer mye blomster ett år, kan du ikke produsere mye blomster det neste året, eller omvendt.

Referanse: Milner, J. M., Varpe, Ø., van der Wal, R. and Hansen, B. B. (2016), Experimental icing affects growth, mortality, and flowering in a high Arctic dwarf shrub. Ecol Evol. doi:10.1002/ece3.2023