Det ekofysiologiska laboratoriet på Tvärminne zoologiska station

Det ekofysiologiska laboratoriet på Tvärminne zoologiska station 1970-2015
Magnus Lindström
FD, Docent
Bakgrund.
Under den ”gamla tiden” på Tvärminne zoologiska station, d.v.s. innan de nya byggnaderna kom
till, var den ekofysiologiska forskningen på stationen så gott som obefintlig. Forskningen rörde sig
främst kring ekologiska, taxonomiska och fysiologiska problem.
Professor Sven Segerstråles antagande
Professor Sven Segerstråle, som sedan 1920-talet undersökt kräftdjursarterna i Östersjön ställde sig
i slutet av 1960-talet frågan varför havsvitmärlan, Pontoporeia femorata, och kustvitmärlan,
Monoporeia (tidigare Pontoporeia) affinis, har förökning året om endast på djupt vatten. I grundare
områden är deras förökning bunden till senhösten, men dock så att havsvitmärlans förökning blir
årstidsberoende på mindre djup än kustvitmärlans. Segerstråle antog att orsaken till detta kunde vara
att havsvitmärlan är mindre ljuskänslig än kustvitmärlan för just det våglängdsband som tränger ner
till Östersjödjupen. Han diskuterade problemet med Dr. Kai Otto Donner, som föreslog mätning av
vardera artens synkänslighet med hjälp av elektrofysiologi. Donner utförde mätningarna vid
nervfysiologiska laboratoriet på Zoologiska institutionen i Helsingfors. Han fann dock att båda
arterna var väl anpassade till det i vattnet nedträngande ljusets transmissionsspektrum, och att de
små skillnaderna i spektralkänslighet inte kunde förklara fenomenet (1971). Det var tydligt att
problemet måste angripas från ett annat håll.
Det nya elektrofysiologilaboratoriet och dess första användare
Då Tvärminne zoologiska stations nya laboratorium började byggas 1969 hade främst på Dr.
Donners och stationens prefekts, professor Pontus Palmgrens, initiativ planerats in ett par rum
enkom för elektrofysiologi i det nya laboratoriet. Den här avdelningen isolerades elektriskt från det
övriga laboratoriet bl.a. med en i väggarna inbyggd Faraday-bur. Som ung student stod jag just i
beråd att inleda mitt pro gradu arbete i zoologi, och Palmgren föreslog att Donner skulle bli min
handledare. Eftersom Donner var synfysiolog och Ragnar Granits elev, beslöts att jag skulle
registrera ögonens spektrala känslighet hos de vanligaste märlkräftorna (gammariderna) och
pungräkorna (mysiderna). Detta gjordes också. (Långt senare kompletterade jag mysidmätningarna
med ytterligare några arter, bl.a. nykomlingen i Östersjön, Hemimysis anomala. Den sistnämnda
arten visade sig ha ett synpigment som definitivt inte “hör hemma” i Östersjön, vilket stödde
hypotesen att djuret faktiskt är en nykomling. Arbetet publicerades 2001). Samtidigt skulle jag
fungera som forskningsbiträde för Donner, som tänkte använda vitmärlornas simningsaktivitet som
ett indirekt mått på deras ljuskänslighet. Laboratoriets första utrustning lånades från
nervfysiologiska laboratoriet vid zoologiska institutionen i Helsingfors, och betingelserna var rätt
primitiva: i mörkrummet två bord, en stol som prof. Palmgren vänligen ställde till förfogande, den
lånade optiska bänken med linser och slutare, en mikromanipulator för mikroelektrodpositionering,
ett “urgammalt” oskilloskop utan efterbild med en signalförstärkare och en bilstrålkastarlampa som
matades från sju anodbatterier. Elektroderna drogs för hand över bunsenlåga, och det var oftast
s.g.s. omöjligt att fylla dem med elektrolytvätska. Senare erhölls maskinellt dragna elektroder från
Helsingforslaboratoriet. Under det första året (1970) utfördes 63 experiment varav 24 gav något
slags resultat. Under de två följande åren hade procenten lyckade experiment stigit till 70;
sammanlagt utfördes 181 mätningar av elektroretinogram på åtta arter märlkräftor och tre arter
pungräkor. I detta skede hade utrustningen redan förnyats; ett nytt oskilloskop köptes 1971.
Instrumentet i fråga var av god kvalitet, varom vittnar att det endast en gång behövt repareras,
nämligen 1998, och då gavs “garanti” för 40 år till. Gråkilen, det cirkulära neutralfilter med vilket
testljusintensiteten justerades, hade jag byggt ihop med en vridmekanism som fungerade med en
liten elektrisk motor och med en kasserad väckarklocka som nedväxling. Som gradskala fungerade
ett modifierat Maxwell kaffeburkslock. Även denna apparatur fungerar fortfarande (2015).
Vitmärlornas dygnsrytmik
Kai Otto Donner och jag byggde en anläggning för att testa vitmärlornas ljuskänslighetströskel.
Eftersom vitmärlor simmar endast när det är mörkt (om man undantar könsmogna hannar), var det
troligt att de skulle vara inaktiva i ljus. Försöken gjordes i akvarier i en ljustät pyramidformad låda
med ett system av linser och filter i toppen. Över akvarierna låg en ljusspridande vit akrylskiva, på
vilken ljuset från en lampa projicerades med önskad intensitet och färg. I de första experimenten
användes som akvarier stora glasrör som stod i rad i experimentkammaren. Vitmärlorna endera
simmade i vattenpelaren eller grävde ner sig i bottensedimentet. Rören kunde belysas bakifrån med
rött ljus, ett rör i sänder, och antalet simmande djur kunde snabbt avläsas genom ett hål i
försökskammarväggen. Metoden visade sig vara en aning besvärlig; avläsningar borde ha gjorts
med två timmars mellanrum, men i synnerhet på natten blev det svårt att utföra alla avläsningar. Det
glada studentlivet på zoologen hjälpte dock till att hålla avläsaren igång till tidiga morgontimmar.
Rören byttes ut mot ett par fem liters, från sidan tillplattade, akvarier med sidoytan 35 cm x 30 cm.
Hjälp för avläsningen erhölls av en skicklig svagströmstekniker, Veikko Matila, som konstruerade
en prototyp av fotoceller som fungerade med infrarött ljus. De två första prototyperna användes i ca
fem år. Då en märla simmande bröt den infraröda ljusstrålen registrerades händelsen på ett
räkneverk som summerade alla händelser under 20 minuter, varefter resultatet skrevs ut på en
pappersremsa. Ljusintensiteten minskades stegvis genom insättning av fler filter i strålgången. Så
länge märlornas sammanlagda simningsaktivitet i akvariet minskade under “dagtid” ansågs att
djuren uppfattade ljuset, som alltså dämpade deras aktivitet. Som en kuriositet kan nämnas att hela
anläggningen var utlokaliserad till en källare i Bromarf från april till juni 1976 sedan
registreringarna i laboratoriet börjat uppvisa märkvärdiga aktivitetstoppar varje lördag. Det visade
sig att en forskargrupp från Helsingfors kom till laboratoriet till veckosluten och arbetade med
kromatografi i rummet intill, varvid vitmärlorna reagerade på vibrationerna. Resultaten av
undersökningen visade bl.a. att kustvitmärlans synkänslighet är ca 100 gånger större än mänskans,
och att djuren har en inbyggd aktivitetsrytm med en period av ca 23 timmar 24 minuter som
fortsätter nästan två veckor om akvariet hålls i ständigt mörker. Tyvärr blev det aldrig tid att utreda
om havsvitmärlan beter sig på samma sätt. Havsvitmärlans yta är dessutom mer hydrofob
(vattenavstötande) än kustvitmärlans, vilket kräver en annan typ av akvarier i vilka djuret inte kan
nå vattenytan.
Under förra hälften av 1990-talet fortsatte forskningen sporadiskt kring kustvitmärlans synsinne.
Kai Otto Donner och jag hade 1990 deltagit i ett stort möte om synfysiologi i Helsingfors, och där
presenterat en poster om pigmenten i vitmärlans öga. Vi hade konstaterat att vitmärlans
spektralkänslighetskurva i den blå delen av spektrumet indikerade förekomst av ett metapigment
som absorberade ljus just i detta område. Donner hade planerat experiment av olika typ för att reda
ut detta pigments funktion och betydelse. Kai Otto Donner avled dock på våren 1995 efter en tids
sjukdom och de planerade arbetena kom inte att genomföras.
Allt sedan den första tiden har verksamheten vid ekofysiologiska laboratoriet rört sig längs dessa
huvudlinjer; synfysiologi och beteenderegistreringar.
Toxicitetsundersökningar
När jag avklarat sina grundstudier erbjöds mig en möjlighet att ansöka om ett stipendium från den
då rätt nya Maj och Tor Nesslings stiftelse. Med professorerna Kai Otto Donner och Rolf
Kristoffersson som ansvariga forskningsledare erhöll jag ett stipendium 1976 för att undersöka om
vitmärlans simningsbeteende påverkades av miljögifter och om förändringar i simningsaktiviteten
kunde tänkas användas som indikation på miljöföroreningar. Efter det inledande skedet erhölls
medel för att bygga upp en fungerande anläggning för undersökning av 12 akvarier samtidigt.
Dessutom kunde det elektrofysiologiska laboratoriet upprustas, bl. a. införskaffades en
elektroddragare och en infraljusomvandlare. Eltekniker Matila, som byggt den första protoptypen
av infraröd-fotocellapparaturen konstruerade nya och effektivare avläsare med fyra fotoceller per
akvarium. Räkneverk registrerade och skrev ut. Fyra skåp byggdes för att fungera som självständiga
enheter. Varje skåp innehöll tre akvarier med tillhörande fotoceller. Skåpen var helt ljustäta med
belysning inbyggd i taken. Den lämpliga ljusnivån erhölls med hjälp av filter som sattes in över
akvarierna. Vattnet strömmade långsamt genom akvarierna, med eller utan tillsats av de testade
ämnena. Sålunda kunde man studera inverkan av små mängder testsubstans på djurens beteende. De
använda koncentrationerna var så små att testdjuren inte dog; hela idén med experimenten var att
spåra subletala förändringar i djurens beteende. Experimenten var till sin natur långa, ca 40 dygn.
Efter en kontrollperiod doserades testsubstansen under tio dygn, och sedan följdes aktiviteten upp
under en återhämtningsperiod. Sammanlagt gjordes 54 experiment. I detta skede arbetade också min
hustru, FM Astrid Lindström, i projektet. År 1980 publicerades de första rapporterna. I den första
diskuterade vi vitmärlans synkänslighet och inneboende dygnsrytmik. I den andra utreddes hur
vitmärlans simningsaktivitet var beroende av årstid, och tid på dygnet. I den tredje rapporten
redovisade vi för hur vitmärlans simningsbeteende förändrades på olika sätt vid inverkan av
främmande substanser (fenoler, styren). Toxicitetstesterna avslutades 1981 med undersökning av
hur några tungmetaller inverkar på vitmärlans simningsaktivitet. Appararturen användes också
senare för toxikologiska arbeten i samarbete med forskare från Havsforskningsinstitutet och för en
beställd obligationskontroll för en industri. Senare användes apparaturen för migrationsexperiment.
Det sammanlagda materialet består av ca 17 000 registreringsdygn med tre avläsningar per timme.
Vitmärlans ögonfysiologi
Under denna tid arbetade Kai Otto Donner och jag också med vitmärlans synfysiologi och ekologi
tidvis, då Donners arbete som vetenskaplig chef för Finlands akademi det medgav. Det ekologiska
arbetet publicerades 1987 och ett synfysiologiskt arbete, som påbörjats långt tidigare, slutfördes i
samarbete med en tysk forskargrupp under ledning av professor Helmuth Langer i Bochum och
publicerades 1994. I arbetet beskrevs synpigmentens funktion i vitmärlans öga, och i synnerhet hur
synpigmentet återbildas efter ljusexponering. Vi hade då genom experiment lyckats påvisa hur
synpigmentet i vitmärlans öga efter att ha blekts med ljus, igen omvandlas till ett fungerande
pigment längs två olika vägar. Den snabbare vägen var via belysning med blått ljus av vissa
våglängder. Denna omvandling, som överför (re-isomeriserar) det blekta så kallade metapigmentet
(som inte framkallar en synupplevelse) till fungerande synpigment sker snabbt, och förmår alltså
hålla djurets synkänslighet på en hög nivå om ljusintensiteten inte är för stark. Den andra vägen är
produktion av nytt synpigment i ögat. Det är däremot en långsam process som kan ta dagar i
anspråk. Det är intressant att djurets beteende verkligen tycks följa de begränsningar som
synförmågan ställer; vitmärlan är aktiv endast när det är mörkt. Den använder sina ögon närmast
som detektorer som meddelar om det är tillräckligt mörkt för att kunna simma ostört utan risk att bli
uppäten. Den långsamma enzymatiska processen räcker då bra till för att djuret skall behålla hög
synkänslighet. Den andra, snabbare omvandlingen måste åtminstone i Östersjön ses som en
sekundär metod, emedan djuren troligen aldrig blir utsatta för blått ljus tillräckligt starkt och länge
för att synpigmentet skall hinna återbildas. De resultat som vi erhöll fungerade som bas för FM
Wilhelm Fortelius bilaudatur i fysiologisk zoologi 1989 som han utförde under vår ledning.
Ljusinducerad ögonskada hos Cirolana
1980 startade den forskning som kom att bli dominerande inom laboratoriets synfysiologi för lång
tid framåt. Fil. mag. Heimo Nilsson, från Zoologiska institutionen i Lund vände sig till mig
angående ögats finstruktur hos en djupt levande marin “gråsugga” från en norsk fjord utanför
Bergen, nämligen isopoden Cirolana borealis, avlägsen släkt med Östersjöns spånakäring (Saduria
entomon). Finstrukturen i ögat hade bekymrat honom, eftersom den såg ut att sakna organisation.
Det framkastades en ide om att ögat kanske hade skadats av för mycket ljus vid fångsten. Nilsson
lyckades få med sig till Tvärminne djur som fångats i betade fällor på natten. De transporterades i
mörka behållare till Tvärminne. Hela projektet hade lätt kunnat gå i stöpet: det vatten som sänts
flera dagar i förväg med biltransport till Finland anlände först efter fem dagars resa med tåg runt
Bottniska viken till Tvärminne, och då hade hälften av djuren dött emedan de inte klarade av det
konstgjorda havsvatten som vi framställde i panik. Djurens spektralkänslighet och syntröskel mättes
efter exponering till olika starka ljus. Experimenten krävde noggrann planering; djur exponerades
för olika intensiteter under olika långa tider, varefter de fick mörkeradaptera sig i bestämt antal
timmar innan de togs till elektrofysiologi eller histologi. Under en av dessa intensiva perioder
registrerade vi elektroretinogram i 112 timmar under sex dygn. För dessa experiment i september
1980 och juni 1981 utvecklade vi en teknik att alltifrån infångandet hålla djuren i mörker. Med
hjälp av en infraljusomvandlare kunde vi göra alla preparationer i infrarött ljus, som var osynligt för
djuret i fråga. Undersökningen visade att redan en svag ljusexponering var tillräcklig för att djurens
synförmåga skulle nedsättas permanent och att ögats finstruktur föll sönder mer och mer med
ökande ljusexponering. Korrelationen mellan försämringen av ögats funktion och det ljuskänsliga
rhabdomets (djurets retina) sönderfall var slående. Dessa arbeten, som publicerades 1983, citeras
alltjämt i undersökningar gällande ögonskada förorsakad av ljus.
Samarbetet med Nilsson, som disputerat 1982, fortsatte med en jämförande undersökning av ögats
spektrala känslighet hos pungräkor (Mysis relicta) från två olika vatten; sjön Pääjärvi i Lammi och
Pojoviken, norr om Ekenäs (1984, 1988). Dessa två vattenmiljöer har nämligen olika
ljusgenomsläpplighet, och hypotesen var att pungräkorna i sjön, som är mycket mörk och mest
genomtränglig för rött ljus, skulle ha synkänsligheten förskjuten mer mot rött än pungräkorna i
Pojoviken. Undersökningen bekräftade detta. Populationen i Pääjärvi hade faktiskt ett
absorptionsmaximum i ca 570 nm, d.v.s. 20 nm mer mot rött än djuren i Pojoviken. Först gav
experimenten dock det oväntade resultatet att de senare djuren var blinda i början av
experimentperioden, men efter några dagar började deras synkänslighet öka. Detta fenomen kom
sedermera att bli ett huvudtema i den synfysiologiska forskningen.
Horisontalmigrationsstudierna börjar
År 1983 beviljades jag ett stipendium från Walter och Andrée de Nottbecks stiftelse, och det kom
att finansiera min fortsatta verksamhet under lång tid framåt. Jag byggde upp ett laboratorium med
tre meter långa, smala, akvarier på vilka kunde fästas fotoceller för avläsning av djurens
simningsaktivitet. Anläggningen byggdes upp i stationens nedre akvarierum, där ena långväggen
avskildes med mörkläggningsgardiner. Idén var att undersöka kustvitmärlans (Monoporeia affinis)
simning i horisontalled i situationer där någon omgivningsfaktor var olika i akvariets bägge ändar.
Experimenten började med undersökning av vitmärlans simmande i svaga vattenströmmar. I detta
sammanhang filmades för första gången vitmärlans beteende i mörker. Jag fick låna en Panasonic
videokamera från universitetets TV-institution (TV-laitos). Framför denna monterades den nya
infraljusomvandlaren, som omvandlade reflekterat infrarött ljus till en synlig grön bild. De första
filmsnuttarna visade simmande djur inom ett mycket litet runt grönt synfält. Tekniken med infraröd
videofilmning utvecklades och kom sedermera att bli en av de viktigaste registreringsmetoderna i
laboratoriet. Våren 1985 flyttades hela anläggningen upp till ett temperaturreglerat kylrum, där det
blev lättare att hålla temperaturen konstant och dessutom garantera att inget ljus trängde in i
anläggningen vid fel tidpunkt. Redan de första experimenten visade att djuren har en tendens att
söka sig åt bestämda håll i miljöer där omgivningen inte är helt likvärdig överallt; i strömmande
vatten sökte de sig mot strömmen.
Ljusmätningar under vattnet
Arbetet med synens spektralkänslighet hos olika organismer ledde helt logiskt till frågan hur väl
ögonen är anpassade just till det ljus som förekommer i djurets omedelbara närhet. Mätningar av
ljusets spektralfördelning hade gjorts på 1940-talet (R. Witting: Das Licht im Meere.- Acta Soc. Sci.
Fenn. N.S.A, 1944) men med rätt grova metoder. Jag lyckades spåra upp en kvantumspektrometer
till Tekniska högskolan i Luleå, och fick den till låns. Senare köpte laboratoriet mätaren. Med hjälp
av denna började Heimo och jag, senare också Fk. Wilhelm Fortelius, mäta ljusets spektrala
fördelning och intensitet på olika djup i närheten av Tvärminne. Mätningarna gjordes under flera års
tid, och en mer sammanhängande mätperiod inföll mellan maj 1989 och juli 1990. Mätningarna
gjordes från zoologiska stationens båtar; Esox, Clupea och Saduria. Med de två första måste en
extra bensindriven generator medtagas för att försörja mätare och skrivare med ström. Mätningarna
visade att den spektrala ljusfördelningen för det mesta bibehåller sitt maximum (ca 567 nanometer),
men att t.ex. algblomningar kan förändra undervattensljuset avsevärt. Stora skillnader fanns dock
mellan olika vattendrag. T.ex. sjön Pääjärvi transmitterar endast rött ljus, och det endast (i mätbara
mängder) till ca tio meters djup. Stora variationer förkom under året på samma lokaler och djup.
Det år 2000 publicerade arbetet var ämnat som ett stöd för ekologer som arbetar med vattenfloraoch fauna. Ljusmätningstekniken ledde till fördjupning av de frågeställningar som elektrofysiologin
undersökte men gav också möjlighet att simulera och bygga upp olika ljusförhållanden i
laboratoriet. Ett exempel på detta var ett arbete om makroalgernas primärproduktion (Leskinen et
al. 1992) i relation till olika ljusförhållanden. Ljusmätningstekniken blev eftersökt; och jag gjorde
flera mätningar för olika instanser och forskningsgrupper, bl.a. för Tekniska högskolan och
Forststyrelsen.
Ljusinducerad ögonskada hos pungräkan Mysis relicta
År 1986 inleddes ett samarbete med Dr. Benno Meyer-Rochow, zoolog med inriktning på
synfysiolog och elektronmikroskopi, då verksam vid universitetet i Waikato, Nya Zeeland. Dr.
Meyer-Rochow kom att arbeta vid laboratoriet i flera repriser och var medförfattare till sju
publikationer om synfysiologi fram till dags dato.
Det första samarbetet gällde pungräkornas lättförstörda ögon. I arbetet medverkade också Dr.
Heimo Nilsson. Vi hade visat att mysider från Pojoviken inte skadades nämnvärt av starkt ljus,
medan djur från sjön Pääjärvi blev övergående blinda vid fångst på dagen, även om man gjorde allt
för att förkorta den tid de var utsatta för ljusexponering (1984). Enda möjligheten var att fånga
djuren på natten och endast använda infraljusomvandlare under denna process. Fångsten i sig
utgjorde “projekt”. Zoologens bil fylldes med nödvändig utrustning, och sedan bar det av till
Lammi (ca 3 timmars körning). Därefter flyttades utrustningen över i Lammi biologiska stations
lilla forskningsbåt Iita, varefter man inväntade mörkrets inbrott. Provtagningspunkten ligger ca 30
minuters färd från stationen. Själva provtagningen utfördes med släckta lanternor och
ljusomvandlare. Mysiderna håvades upp från ca 60 meters djup och sattes i plastpåsar i kylväskor.
Detta var relativt lätt på sommaren, men sent på hösten kunde det regna och temperaturen röra sig
kring fryspunkten. Efter ca tre timmars fångst var det bara att återvända, blåsa rent syre genom
plastpåsarna (i mörkret på laboratoriet) och därefter köra tillbaka till Tvärminne. Vanligen kom man
fram vid sextiden på morgonen och hann få in djuren i akvarier före frukosten.
Det visade sig, icke ovänta,t att djur som fångats på natten hade perfekt synkänslighet. Vi
exponerade mysider för olika stora ljusmängder, mätte sedan synkänsligheten och gjorde
histologiska preparat av ögonen för elektronmikroskopi. På samma sätt som hos isopoden Cirolana
borealis sönderföll ögats finstruktur med ökad ljusexponering. I kompletterande undersökningar
påvisades också hur ökande temperatur inverkade accelererande på denna process (publ. 1988,
1997). Benno Meyer-Rochow, Wilhelm Fortelius och jag undersökte också ljustoleransen och
spektralkänsligheten hos spånakäringen, Saduria entomon, som trots liknande levnadssätt som
Cirolana inte skadades av starkt ljus trots stor synkänslighet.
Jag deltog 1987 i ett möte i Moskva där jag presenterade de första resultaten av
mysidögonundersökningen. Ett samarbetsprojekt mellan Finlands akademi och ryska
vetenskapsakademin pågick, med bl.a. professor Kai Otto Donner som deltagande.
Akademiprofessor Michail Ostrovsky föreslog ett samarbete med oss kring frågeställningarna om
ljusinducerad ögonskada, och 1990 inleddes experimenten. Den ryska gruppen, som bestod av tre
forskaer; förutom Ostrovsky Dr. Irina Fedorovich och Dr. Alexander Dontsov, återkomt
regelbundet för experiment några veckor ca vartannat år.
Andra fasen av horisontalmigrationsstudierna
1987 anslöts Fil.kand. Wilhelm Fortelius till migrationsprojektet som finansierades av Walter och
Andrée de Nottbecks stiftelse. Tillsammans fortsatte vi forskningen kring vitmärlans
simningsbeteende i svaga vattenströmmar. De intressantaste observationerna gällde tidpunkten för
djurens migration. I experiment där djurens simningsaktivitet registrerades med fotoceller och på
video kunde man inte se någon som helst koncentration av djur i någondera ändan av akvariet. Men
då man under dagtid, då djuren befann sig i bottensedimentet, delade upp akvariet i sektioner med
hjälp av mellanväggar, visade det sig följande natt att djurens antal och därvid aktivitet var mycket
större i den ända av akvariet som låg motströms. De hade alltså simmat mot strömmen, men
tydligen först i det skede då de sökte sig ned mot bottnen för att vara nergrävda innan det blev ljust.
Resultaten publicerades 1991. Sedan vidtog experiment med djurens migration i
temperaturgradienter. Motsvarande beteende registrerades i temperaturexperimenten; djuren sökte
sig mot högre temperatur, och detta skedde också i gryningen. Fenomenet kunde lätt ha förbisetts,
emedan djurens aktivitet avtog med stigande temperatur, och ingen koncentration av djur (ökad
simningsaktivitet) kunde registreras någonstans i akvariet, bara en avtagande aktivitet i akvariets
alla delar. Vi återställde dock temperaturen i den varmare delen av akvariet till den som rått före
uppvärmningen, varvid det framkom att de flesta djuren hade sökt sig till den varmare ändan av
akvariet, men sedan förblivit inaktiva. Resultaten publicerades 1992. Experimenten med vitmärlans
migration fortsatte med undersökning av vad bottenmaterialet betyder för djurens simningsaktivitet
och migration. Sex arbeten om vitmärlans migration sammanfattades i min doktorsavhandling 1992.
Det videofilmade materialet granskades senare på nytt av oss år 2000. Vi använde då en
“videosensor”, en apparat med vilken punkter eller linjer av bestämd riktning och storlek kunde
genereras på videoskärmen. Dess “sensorer” fungerade som fotoceller, så att ett djur som passerade
en sensor gav upphov till en on-off signal som registrerades tidsmässigt i en dator. På detta sätt
kunde djurens simningshastighet mätas på olika sätt. År 2001 publicerade de ett arbete bl.a. om hur
djurens simningsaktivitet och -hastighet är beroende av vattentemperaturen och hur
populationstätheten och tiden på dygnet påverkar det enskilda djurets beteende.
Bioturbationsexperiment
Under experimenten med simningsaktivitet hade vi lagt märke till hur sedimentytan på
akvariebottnen ändrade färg och blev ljusare under försökens gång. Detta ledde till en undersökning
av hur de bottenlevande djurens grävningsaktivitet påverkade sedimentet. Under senare delen av
1990-talet rörde sig forskningen främst kring denna bioturbation. Sedimentets färgförändring
användes som indikator på syreförekomst. Idén att djuren med sitt grävande skulle medverka till att
syrsätta sin egen omgivning kunde nu testas med en enkel metod. När sedimentet är syrefritt är dess
färg närmast svart. När syre tränger ner sker det en oxidation av reducerat järn. Det oxiderade järnet
“rosten” har en betydligt ljusare färg, och gränsen mellan det syrefria och det syrsatta lagret är
mycket tydlig. Men i förhållanden där det saknas bottenlevande makroevertebrater sker syrsättning
av sedimentet endast genom diffusion, som är mycket långsam. En grävande vitmärla t.ex. dyker
ned i sedimentet flera gånger i dygnet, och för därvid med sig syrsatt ytsediment ner i sina gångar
och hämtar upp syrefritt sediment. Dessutom ökar bottenytans areal genom alla hål och gångar.
Andra organismer som t.ex. pungräkorna rör sig på bottnen och virvlar upp sediment i syrsatta
vattenskikt, varifrån det sedan dalar ner. Östersjömusslan Macoma balthica får representera en
tredje typ av omblandning. När den grävt ner sig i bottnen avsöker den sedimentytan med sin ena
sifon, suger i sig fint ytmaterial, filtrerar det i matsmältningsorganen och blåser ut den odugliga
andelen på nytt. Processade näringsrester förpassas genom den andra sifonen upp till ytan, där man
kan iakttaga små högar av musselavföring. Sedimentet omfördelades sålunda på ytan. I arbetet
användes infraröd video, och prövades avgjutning av vitmärlans gångar; det senare visade sig svårt.
En österrikisk student, Martin Ortner, gjorde 1997 sin pro gradu avhandling med mig och Harri
Kuosa som handledare om hur kustvitmärlan inverkar på flödet av näringsämnen i vattnet genom
sin bioturbation.
Skyddsmekanismer i pungräkans öga
Den ryska forskargruppens besök i laboratoriet utgjorde ett välkommet tillskott i kunnande och
metodik. De intressanta experimenten med ljusinducerad ögonskada hos pungräkorna hade lagt
grunden till en helt ny forskningsriktning. Laboratoriet hade nu tillgång till två populationer av
pungräkan Mysis relicta som var genetiskt lika, men vars synförmåga reagerade olika på starkt ljus.
Populationen från Pojoviken kunde exponeras till solljus utan att ögonen skadades nämnvärt medan
populationen från sjön Pääjärvi skadades allvarligt. Här fanns nu en perfekt modell för
jämförelsestudier som skulle kunna förklara mekanismen bakom ögonskadorna. Gruppens första
publikation utkom 1995. I den konstaterades att skillnaden i ljustolerans till största delen beror på
att den djurgrupp som lever i starkare ljus har nästan två och en halv gånger högre koncentration av
avskärmande och därigenom skyddande pigment i ögonfasetterna. Arbetet fortsatte med
undersökning av bl.a. mängden antioxidanter som har förmågan att neutralisera nedbrytande fria
syreatomer i ögat. År 2001 kom förutom Ostrovsky, Dr. Tatyana Feldman till laboratoriet för att
jämföra de båda mysidpopulationerna med nya metoder, och Dr Pavel Zak som kom för att
förbereda ett nytt projekt gällande synpigmentets molekylära uppbyggnad. Projektet fortsatte till år
2013, och skulle ha fortsatt om inte den ryska politiken försvårat Akademiernas samarbeten. Den
sista publikationen hittills reder dock ut en kvistig fråga sedan fyrtio år tillbaka, nämligen varför
mysidernas spektralkänslighetskurva är bredare än amfipodernas. Den bredare kurvan motsvarar
absorptionen hos porphyropsin, inte rhodopsin, men porphyropsin har inte kunnat påvisas hos
mysiderna. Genom analys av ögats svar på ytterst korta ljusretningar, turvis av rött och blått ljus
kunde vi se skillnader i elektroretinogrammets form under de första millisekunderna. Det visade sig
slutligen att mysiderna har två rhodopsinpigment som ligger så nära varandra i känslighet att det är
omöjligt att skilja åt dem med klassiska metoder. Detta leder till att känslighetsspektrumet blir
bredare.
Talitrus saltators orientering
År 1994 etablerades kontakt med Dr. Alberto Ugolini från universitetet i Florens. Han hade en
längre tid arbetat med en strandlevande amfipod, en märlkräfta vid namn Talitrus saltator. Detta
lilla djur äger en förvånande orienteringsförmåga, och Ugolini ville veta om det är synen som är det
viktiga sinnet för Talitrus. Ugolini och hans kolleger Bruno Tiribilli och Carlo Castellini från
Istituto Nazionale di Ottica (det nationella institutet för optik) har flera gånger besökt laboratoriet
och utfört experiment med Talitrus´ synförmåga. Genom olika elektrofysiologiska experiment
lyckades vi påvisa att djuret har minst två olika synpigment, av vilket det ena är känsligt långt i den
blå delen av spektrumet. Ett arbete publicerades 1996. Nya aspekter på synsinnets funktion i
Talitrus orientering krävde att testljusspektrumet utvidgades till att omfatta också ultraviolett ljus.
Den italienska gruppen försåg vänligen laboratoriet med nödvändig utrustning, och undersökningen
fortsatte, till år 2000.
Aktiveringsenergiexperiment
En ny riktning i forskningen öppnade sig också 2001 genom ett samarbetsprojekt med Prof. Kristian
Donners grupp från Biovetenskapliga institutionens avdelning för zoofysiologi och Tekniska
högskolan. Fil.mag. Johan Pahlberg kom till mitt lab för att lära sig tekniken för preparationer för
elektroretinogrammätningar under enbart infrarött ljus. Experimenten gällde huruvida temperaturen
påverkar synpigmentets aktiveringsenergi hos ryggradslösa djur på samma sätt som hos
ryggradsdjuren. Som försöksdjur användes pungräkan M. relicta från Pääjärvi, emedan
experimenten krävde känslighet i extremt långa våglängder De preliminära experimenten visade
faktiskt att högre temperatur ledde till lägre aktiveringsenergi i den långvågiga, röda delen av
spektrumet, såsom hypotesen förutsagt.
BEBOP-projektet
De uppmuntrande experimenten med bioturbation krävde en fortsättning, och 2001 erhöll jag ett
stipendium från Maj och Tor Nesslings stiftelse som också innehöll medel för apparatur och
assistentarbetskraft. Syftet med projektet var att undersöka hur olika syreförhållanden i vattnet
inverkade på djurens bioturbationsbeteende, och hur detta i sin tur inverkar på syrsättningen av
bottensedimenten. Under föregående år hade ett nytt klimarum inretts, och det medgav en
välkommen modernisering av apparatur och metodik. Från Tvärminne zoologiska stations sida
ingick i gruppen docent Eva Sandberg-Kilpi och forskningstekniker Svante Degerholm. FM Jouni
Lehtoranta från Finlands miljöcentral deltog som expert på sedimentkemi. Gruppen, som gick under
namnet BEBOP (Bioturbation, Ecology, Behaviour, Oxygenation and Physiology), byggde upp ett
nytt registreringssystem med en kamera som löpte på räls mycket nära det tre meter långa akvariet.
Vagnens och kamerans rörelser styrdes från ett skilt kontrollrum. Kameran var fokuserad på
sediment-vattenfasen, och bilden belystes med infrarött ljus. Förstoringsgraden var av
storleksklassen 1:10. En annan kamera rörde sig på en räls en bit ifrån akvariet. Med denna kunde
större akvarieytor avläsas och försöksdjurens beteende filmas. Vi kunde också zooma in och följa
enskilda djurs simnings- och grävningsbeteende. Ett system för att erhålla önskad syrehalt i akvariet
byggdes också. I ett ca 30 liters vertikalt akrylrör justerades syrehalten genom endera luft- eller
kvävebubbling. En syremätare kopplad till en regulator höll syrenivån på konstant nivå ± ca 3 %.
Syrehalten kunde justeras ner till s.g.s. anoxi. En cirkulationspump cirkulerade vattnet genom
akvariet med en strömningshastighet av en halv till en liter per minut. Akvariet uppdelades i
sektioner med hjälp av nätförsedda mellanväggar som hindrade djur att röra sig mellan
avdelningarna, men tillät fri vattenpassage. I akvariet kunde man avdela önskat antal sektioner. En
bestämd mängd vatten utbyttes dagligen automatiskt i akvariet. Akvariet tillfördes sediment som
sållats fritt från makroskopiska djur och homogeniserats. Djur tillsattes i vissa sektioner, medan de
övriga fungerade som kontroller. Djuren fick acklimatisera sig i till syreförändringar i speciella
kammare ifall experimentets syrehalt avvek från förrådsakvariernas. Stud. Eeva-Kaarina Lillsund
anställdes som forskningsassistent för tre månader och utförde därvid också den experimentella
delen av sitt specialarbete (pro gradu) i zoologi inom projektet.
Vitmärlor och pungräkor användes i experimenten. Det visade sig att de senare, åtminstone på
sommaren, hade en betydligt större och snabbare effekt på bottensedimentets syrsättning än
vitmärlan. De djurförsedda avdelningarnas sediment syrsattes ned till ca tio mm, fastän på olika
sätt, beroende på djurets beteendetyp. De djurfria kontrollsektionerna syrsattes synnerligen
långsamt och syre trängde ner högst ca 1 mm i sedimentet. Mysidernas reaktioner på lågt syre var
intressant; de slutade att simma ner till bottnen. Följande steg var att utveckla ett
mikroelektrodsystem med vilket man kunde mäta syreprofiler från ytan ner till bottnen och ner i
sedimentet. Svante Degerholm, chefstekniker på Zoologen, hjälpte med uppbyggandet av systemet.
En hållare för syre-mikroelektroder byggdes på kameravagnen. Nu kunde syreprofilerna mätas med
en noggrannhet av ca 0,006 mm ända ner i sedimentet till helt anoxiska lager. Experimenten gav
spännande resultat. Om ett syrefritt sediment utsattes för strömmande vatten som var fullständigt
syremättat, hade man väntat sig en syrsättning av sedimentets ytlager. Detta skedd dock inte, om
inte bottenpåverkande djur var närvarande. I två angränsande avdelningar kunde syreprofilen se lika
ut från bottnen ner till ca en cm över sedimentet. I den djurfria avdelningen kunde sedan syrehalten
sjunka till närmast noll innan bottnen nåddes, medan den andra avdelningen med några mysider
kunde ha 80 % syremättnad vid sedimentytan, och syre ner till flera millimeters djup. Mysiderna,
som ju inte gräver ner sig i bottenslammet, behöver bottenkontakt för sitt normala liv, och emedan
deras gälfötter är i ständig rörelse bryter de ner det så kallade diffusa gränsskiktet mellan vatten och
sediment, och sedimentet syrsätts. I djurfria avdelningar glider det strömmande vattnet över
sedimentet utan att egentligen alls påverka det. Jag började beställa syre-elektroderna utan
förslutning i kabeländan för att på så sätt kunna införa ett optiskt fiberknippe i elektroden, som
sedan fungerar som ljusledare ända ned i spetsen. Både synligt ljus och infrarött (för våra ögon)
osynligt ljus kan användas. På det här sättet blev det mycket lättare att på kamerabilden avgöra
exakt när elektrodspetsen träffade sedimentytan. Det gav också ett nytt sätt att definiera var det
såkallade diffusa gränsskiktet tar vid.
Kursverksamhet
Ekofysiologiska laboratoriet har dock inte bara sysslat med forskning hela tiden. Wilhelm Fortelius
och jag började hålla kurser i akvatisk ekofysiologi. Kurserna har varit omtyckta och populära. Då
Fortelius fick annat arbete övertogs hans plats av Johan Pahlberg, och när denne erhållit en post-doc
position i Los Angeles, tog Philipp Lehmann på sig arbetet som andre kursledare.
Kursverksamheten har fortsatt, och sedan några år tillbaka har kurserna också fått betydelse som
språkbad på svenska. På kurserna har deltagarna blivit introducerade i synfysiologi,
beteenderegistreringar, olika organismers orientering och dessutom i ljusets grundläggande
egenskaper genom föreläsningar. Om möjligt har man också gjort exkursioner under vilka man
registrerat undervattensljuset både till spektralfördelning och intensitet eller samlat in kräftdjur för
olika kursarbeten. Kurserna har varit uppbyggda kring fyra eller fem utdelade kursarbeten som alla
deltagare varit ansvariga för under en viss period, varefter varje grupp presenterat en rapport över
sitt tilldelade specialämne.
Symposier
Genom Kai Otto Donners engagemang i Tvärminnelaboratoriet kom Tvärminne att bli en
uppskattad plats för möten anordnade av Planeringsgruppen för perifera synfysiologiska
mekanismer. Gruppen var ett löst organiserat forum för ögonläkare- och forskare samt zoologer
intresserade av synfysiologi. Gruppen finansierades av Svenska medicinska forskningsrådet, och
samlade mellan 20 och 50 deltagare från hela Norden, förstärkt med någon inbjuden känd utländsk
föreläsare. Gruppen började sin verksamhet 1970, och möten hölls s.g.s. varje år, ibland två gånger i
året. Donner sammankallade möten 1972 och 1974 i Tvärminne, varefter jag övertog uppgiften för
mötena 1980, 1983, 1987, 1993 och 1998. Möten förde med sig en stor del “goodwill” för
zoologiska stationen, och trots att möten i övrigt hölls å mondäna kurscentra stod Tvärminne främst
på listan av platsönskemål och var faktiskt den populäraste mötesorten; tvåa kom Linköping med
fem möten. Genom dessa planeringsmöten uppstod många samarbeten mellan forskarna.
Då systemet med planeringsgrupper slopades i Sverige, upphörde Planeringsgruppens möten. Det
sista mötet hölls 2001 i Sönderborg i Danmark. Nästa år bjöd jag in ett antal inhemska synforskare
till ett litet möte (vi var endast 17 forskare) till Tvärminne. Föredragen hölls på finska eller svenska.
Mötet väckte stort intresse, och följande år hade några svenskar och några ryssar anmält intresse,
varefter symposiet har blivit internationellt, med engelska som konferensspråk. De första åren
gjordes abstraktsamlingen av föredragen först efter symposiet, närmast för att undvika stress hos
deltagarna, men sedan 2004 har abstrakten lämnats in så tidigt att jag har hunnit producera en liten
abstraktbok i A5-format att utdelas i början av mötet. Hittills har symposiet besökts 480 gånger
(179 olika forskare har deltagit). Mötet hålls under tre dygn i slutet av september eller början av
oktober. Deltagarna anländer på torsdag kväll, fredagen ägnas föredrag och postersessioner liksom
också lördagen. På lördag kväll hålls en festmiddag, och på söndagen avslutas symposiet efter
lunch. Symposiet saknar sponsorer, så varje forskare deltar genom egen finansiering. De mest
långväga deltagarna har kommit från Sibirien, St. USA, Paraguay och Australien och Japan. För
tillfället pågår planeringen av Visionarium XIV, 24-27/9 2015.
2010 inspelades en film på Tvärminne under rubriken ”Livstidsfången i det elektrofysiologiska
laboratoriet”, i vilken jag var huvudperson. Filmen ingick i SVT:s programserie Seportaget. Större
delen av filmen ägnas mitt laboratorium och min verksamhet, och den blev rätt underhållande.
Också vårt ”synnerligen allvarligt menade ”Museum för Gammal Mat” har hamnat i TV i samband
med Prisma Studio i ett program om varför en del gamla hamburgare inte förändras med tiden.
Närmare upplysningar om museet fås av mig.
En rätt fullständig publikationslista finns på researchgate.net
Magnus Lindström
Docent
Tvärminne zoologiska station
10900 Hangö Finland
E-post: [email protected]