DNA-analyse oppklarer «algemysteriet» i de varme kildene på Svalbard

I over hundre år har forskere undret seg over en gruppe merkverdige og nærmest nakne alger som vokser i de varme Trollkildene på Svalbard. Flere ekspedisjoner har vært gjennomført, men de spesielle kransalgene har blitt bestemt til enten den ene eller den andre arten. Ved hjelp av DNA-analyse har forskere fra Norsk institutt for vannforskning (NIVA) nå omsider oppklart «mysteriet».

Langt, langt mot nord, ved Bockfjorden nord på Spitsbergen på Svalbard, finnes det to områder med varme kilder: Jotunkildene og Trollkildene. Disse varme kildene har trolig eksistert siden vulkanen på Sverrefjellet var aktiv for mellom 100.000 og 250.000 år siden, og er verdens nordligste av sitt slag.

Opp av grunnen strømmer det varme kildevannet, et meget kalkrikt og svakt salint vann som danner bassenger av ulike størrelser rundt i terrenget. Temperaturen i kildene matcher lett badetemperaturen i Oslofjorden en sommerdag, og ligger på rundt 25 grader om sommeren. Vinterstid synker temperaturen til omkring 10 grader. Disse helt spesielle, varme kildene, lokalisert i polare omgivelser, har lagt forholdende til rette for en liten gruppe eksklusive arter som i utgangspunktet hører hjemme helt andre steder, hundrevis av kilometer lenger sør på kontinentet.

Vi snakker her om kransalger, en gruppe grønnalger som forekommer i ferskvann og brakkvann. De har en komplisert morfologi og er nært beslektet med høyere planter. Kransalger er utbredd på alle kontinenter, med unntak av i Antarktis, og i Norge finner vi dem over hele landet – bare i utgangspunktet ikke her på Svalbard.

Seniorforsker Susi Schneider i Norsk institutt for vannforskning (NIVA) har en helt spesiell interesse for kransalger og deres rolle i økosystemet. Det er flere år siden hun fattet interesse for kransalgene på Svalbard, og hun har lenge tenkt at det er noe helt spesielt med disse.

«Nakne» og helt ulike

– For mer enn 100 år siden, i 1910, ble kransalger funnet i Trollkildene for første gang. Men siden de så meget rare ut, mer eller mindre nakne, har forskerne vært usikre på hvilke arter det var snakk om. Det er nemlig slik at kransalgene ved Trollkildene mangler de fleste kjennetegn som vi vanligvis bruker for å bestemme hvilken art det dreier seg om, sier Schneider.

Siden 1910 ble flere ekspedisjoner gjennomført, og kransalgene ble bestemt til enten hårkrans (Chara canescens) eller bustkrans (Chara aspera). På grunn av det rare utseendet trodde forskere også lenge at det var snakk om en helt spesiell underart, som kun forekommer på Svalbard.

NIVA har nå gjort DNA-analyser av kransalgene og oppklart «mysteriet»: nemlig at det ganske enkelt forekommer både hårkrans og bustkrans i kildene. Utseendemessig er kransalgene ved Trollkildene helt ulike samme art fra lenger sør i Europa, men genetisk er de like.

– Nyheten er at vi nå er sikre på hva det er; det er begge deler. Det faktum at ikke bare én, men to arter klarer å overleve her, og har sett «like rare» ut i minst hundre år, – ja, det er faktisk oppsiktsvekkende, sier Schneider engasjert.

Og DNA lyver ikke. I dag kartlegges arter verden over ved hjelp av metoden DNA-strekkoding. Det gjøres ved at biter av arvestoffet, såkalte strekkoder, til en ukjent art sammenlignes med strekkodene fra kjente arter i et kvalitetssikret referansebibliotek.

– NIVA har en stor database med DNA-strekkoder av ulike kransalgearter. Det er et fantastisk grunnlag for å sammenlikne prøver fra «rare» steder, slik som Svalbard. Vi skal bruke denne databasen for å finne ut mer om den genetiske og morfologiske diversiteten av kransalger i Norge og andre land, forklarer Schneider.

Slik jobber forskere over hele verden; det pågår et omfattende arbeid med å fylle det globale referansebiblioteket med DNA-strekkoder for stadig flere arter.

Vanlige rundt Middelhavet

Forekomsten av to Chara-arter så langt nord er oppsiktsvekkende. Den nærmeste kjente lokaliteten til bustkrans ligger ved norskekysten omtrent 900 kilometer sør for Trollkildene, mens nærmeste kjente lokaliteten til hårkrans er ca. 1000 kilometer sørover.

De nærmeste kjente stedene hvor begge artene forekommer sammen, er Alstahaug kommune i Nordland, ca. 1300 kilometer unna.

– Trolig er det det ekstreme miljøet (varme kilder i et polarklima) som har gjort det mulig for disse artene å slå seg til her. Så vidt vi vet er dette den nordligste forekomsten av disse kransalgene i verden. Alle arter som er på yttergrensen av sin forekomst, er ekstra interessante å forske på, sier Schneider.

Artene er ganske vanlige i områdene rundt Middelhavet, og forekommer også langs Norskekysten. Sett i lys av dette skulle man tro at disse plantene må kjempe en innbitt kamp for å overleve på Svalbard, der det er bekmørkt store deler av året. Men, begge arter ser tilsynelatende uforandret ut siden 1910 – så det må jo tyde på at de har funnet seg til rette.

– Det er veldig spennende å lese de gamle beskrivelsene på latinsk fra 1910, for det virker som beskrivelsen av det forskerne den gang trodde var én art, rett og slett er en blanding av kjennetegnene av det som vi nå vet er to arter. Med andre ord er det all grunn til å tro at det allerede i 1910 var to arter! sier Schneider engasjert.

Blindpassasjerer med trekkfugler?

Inntil nå har forskerne tenkt at det er mindre sannsynlig at ikke bare én, men to arter kunne overføres til en lokalitet som ligger så langt unna andre passende habitater for kransalger.

– Dette er nok noe av grunnen til at man har antatt at det har vært snakk om én art. Vår hovedteori er at begge artene har kommet luftveien til Svalbard som blindpassasjerer med trekkfugler, sier Schneider.

Flere gjess-arter, blant annet hvitkinngås (Branta leucopsis), har migrasjonsveier fra Skottland og Sør-Norge, med rasteplasser i Nordland før avl på Svalbard, inkludert området rundt Trollkildene. Andre kandidater er ringgås (Branta bernicula) og kortnebbgås (Anser brachyrhynchus).

Overlever polarnatten og fravær av hannplanter

I rekken av bemerkelsesverdige sider av denne saken, er det verdt å nevne det fascinerende ved at kransalgene klarer seg gjennom vinteren i det lite gjestmilde miljøet så langt nord. Den lange polarnatten, der sola aldri står over horisonten, varer fra 26. oktober til 15. februar (Longyearbyen). Ingen studier har sett på hvordan kransalgene kan overleve flere måneder i nesten fullstendig mørke.

– Det kan ikke utelukkes at bustkrans faktisk overvintrer som grønn plante. Det er nemlig aldri funnet såkalte oosporer, et slags frø, på denne arten. Dette vet vi fra både egne observasjoner og gamle beskrivelser av funnene. Bustkrans overvintrer altså helt sikkert ikke som «frø», forklarer Schneider.

Men det er også mulig at bustkrans overvintrer ved hjelp av spesielle bulbiller som de kan danne. Bulbiller er en betegnelse for «knopper» som bidrar til plantens spredning – altså en form for formering.

– Den andre arten, hårkrans, danner derimot «frø». Også dette ble beskrevet allerede i 1910. For denne arten er det imidlertid aldri funnet hannplanter, kun «damer». Så hvordan kan de da danne frø? Jo, det er fordi akkurat denne arten er kjent for at «damene» kan lage «frø» helt alene, uten «menn»! Og det ser ut som de har holdt på med dette i Trollkildene i over hundre år, forklarer NIVA-forskeren engasjert.

Liv uten lys?

«Mysteriet» med hvilke kransalger som finnes i Trollkildene, er altså løst. Men fremdeles gjenstår noen ubesvarte spørsmål på hvorfor disse artene ikke bare har slått seg ned her, men hvordan de tilsynelatende klarer å overleve den lange, polare vinteren. Alger driver med fotosyntese, og det betyr de trenger lys for å overleve. Den polare natten kan riktignok være relativt lys i klart vær og i måneskinn, men om måneskinn er nok for å opprettholde kransalgenes fotosyntese, har forskerne foreløpig ikke svar på.

– Mangelen på sollys i så lang tid gjør i utgangspunktet en overlevelse vanskelig. Imidlertid vet vi fra andre steder at kransalger i nordiske innsjøer kan overleve i fire måneder under snødekt is, som nesten fullstendig blokkerer sollys. Det er noen bemerkelsesverdige og hardføre arter vi har med å gjøre her, avslutter Schneider.

Referanse:

Anders Langangen, Andreas Ballot, Petra Nowak & Susanne C. Schneider (2019): Charophytes in warm springs on Svalbard (Spitsbergen): DNA barcoding identifies Chara aspera and Chara canescens with unusual morphological traits, Botany Letters.