Aldersbestemmelse af grønlandshajen: Forskerspirer 2010 kategori: Naturvidenskab Mentorer: Lektor Jan Heinemeier og PhD-studerende Bente Philippsen AMS (Accelerator Masse Spektrometeri)-Centret, Inst. For Fysik og Astronomi, Århus Universitet. Appetizer: Grønlandshajen har igennem mange år været til stor irritation for de grønlandske fangere, da de ødelægger deres hellefiskelangliner. I flere kommuner er problemet så stort, at fangere bliver belønnet med en dusør på 250,- når de indleverer en hajs hjerte eller næse på kommunekontoret. I Uummannaq kommune er der blevet betaltt dusører for op til 3000 hajer på et år. Hvis fangsten fortsætter på denne måde, bliver resultatet måske at grønlandshajen bliver udryddet, idet de kan være meget gamle og først bliver kønsmodne i en sen alder. (IUCN Red List) Ud fra tidligere mærkningsforsøg, foretaget af Poul M. Hansen i 1936 1952, har man en idé om at grønlandshajen vokser meget langsomt, og bliver meget gamle. Poul M. Hansenn mærkede 411 hajer i 1936 1939 og 1948 1950. Omkring 25 af disse blev fanget igen. Heriblandt blev der den 26. juni 1952 fanget en 270 cm lang haj ved Upernavik, som var mærket 2. august 1936 i Uummannaq-fjord nogle få hundrede kilometer længere mod syd. På de 16 år der var gået mellem mærkningenn og genfangsten, var hajen kun vokset 8 cm - altså var den vokset meget langsomt (Hansen, P. M., 1963). Dette giver stof til eftertanke, når man ved at grønlandshajen kan blive op til 7 meter lang og veje op til 1000 kg. Det er på baggrund af disse mærkningsforsøg at flere mener at Grønlandshajer kan blive mere end 200 år gamle. 1
Indholdsfortegnelse: Appetizer:... 1 Indholdsfortegnelse:... 2 Problemformulering:... 3 Materiale:... 4 Metode:... 4 Hvordan måles 14 C:... 5 14 C s halveringstid:... 6 Tidligere 14C analyse på hajer:... 8 Lidt om grønlandshajens biologi:... 8 Konklusion:... 8 Budget... 9 Referencer:... 10 Internetreferencer:... 10 2
Problemformulering: Jeg vil ved hjælp af 14 C-metoden forsøge at aldersbestemme flere eksemplarer af grønlandshajen. Ved at udtage linsen fra hajens øje og isolere kulstoffet fra dens centrum, som formentlig er det ældste væv, der stammer fra da hajen blev til ved befrugtning, vil jeg vha. 14 C-metoden undersøge hvor gamle hajerne var, selvom de døde for kort tid siden. Dette er muligt, da alle hvirveldyr indeholder en vis 14 C-mængde der stammer fra det tidspunkt hvor organismen blev dannet, svarende til 14 C indholdet i atmosfæren på det pågældende tidspunkt. Metoden og dens præcision blev for nylig efterprøvett på 14 døde mennesker, der var født mellem 1922 og 19911 (Kjeldsen, H. m.fl. (2010)). Man kunne ud fra 14 C- bestemmelse af øjenlinsen ret præcist bestemme hvornår menneskerne var født. Dennee metode kan i fremtiden bruges til at bestemme fødselstidspunktt i mordsager - hvis ellers øjenlinsen er intakt. Figur fra Lynnerup, m.fl. (2010) de viser atmosfærens 14 C-indhold fra ca. 1915 til 2005. Bombepulsen fra omkring 1955 til 1963 der skyldes atombombeprøvesprængninger ses tydelig som forøget aktivitet. De 14 røde cirkler viser indholdet af 14 C i 14 afdøde mennesker øjenlinser plottet som det år de var født. Fra den røde kurve kan man bestemme fødselsåret på et afdødt menneske ved at måle 14 C-indhold i øjenlinsen. En interessant faktor mht. 14 C-indholdet i atmosfæren, er at det steg efter atomprøvesprængningerne i perioden 1955-1963 den såkaldte bombepuls. Dette betyder at hvis hajen er yngre end 55 år, vil man kunne se at den har et 14 C-indhold i linsen, der er højere end hvis hajen er 55 200 år gammel. 14 C-indholdet lige efter bombepulsen lå på ca. 50 % mere end 14 C-indholdet i atmosfæren lige før. Alderen af grønlandsha ajerne kan sandsynligvis bestemmes indenfor nogle få år vha. af kendt 14 C indhold i atmosfæren. 14 C indholdet i atmosfæren er kendt mange tusinde år tilbage, bestemt ud fra analyser af træringe (Olsen, J. m.fl., 2008). 3
Kalibreringskurverr for 14 C. Fra: Olsen, J., Heinemeier, J., Bennike, P. og Fischer, A. (2008). Materiale: I august 2010 var jeg på Arktisk Station i Godhavn på Grønland og var med til at fiske efter grønlandshajer med langliner på 100 250 meter dybt vand. Desværre lykkedes det ikke at fange en eneste haj. Normalt fiskes der efter grønlandshajer om vinteren så muligvis var vandet for varmt i august måned. Det lykkedes mig dog at få væv fra 2 grønlandshajer, der blev fanget i Nordøstgrønland i august 2010. Den mindste var 290 cm lang og vejede 150 kg, mens den anden var 330 cm lang og vejede 250 kg. Ingen af hajerne var kønsmodne endnu. Metode: Metoden hvorved jeg er i gangg med at bestemme 2 hajers alder, og forhåbentlig finder ud af, at de er meget gamle og derved bekræfte Poul M. Hansen antagelse fra 1952 og 1963: 14 C-måling i tandemaccelerator på Fysisk Institut, Århus Universitet. Jeg har udtaget prøver fra 2 hajers øjenlinse. Hajens linse er cirkelrund, helt blød og slimet i det yderste lag, men jo længeree ind man kommer imod centrum i linsen, des hårdere bliver den. Linsen på en ca. 3 meter lang haj har en diameter på ca. 12 mm, mens den hårde kerne af linsen har en diameter på omkring 5 mm. Hajens linse vokser ud fra centrum, hvor kulstoffet antages at være lige så 4
gammelt som hajen. Den ydre del af linsen er yngre og mens hajen vokser dannes der nyt væv yderst på linsen. En øjenlinsess opbygning: Den inderste hårde kerne nucleus indeholder særlige krystallinske proteiner som er dannet omkring dyrets fødsel. Den ydre blødere del cortex er dannet mens hajen voksede. Jeg har også taget prøver fra hajernes rygsøjler, men bruskfisk har ikke en rygsøjle af knoglevæv, indeholdende kollagen, men derimod en meget smidig søjle af brusk, som muligvis har en vis udveksling af gammel 14 C med noget af nyere dato. Derfor kan jeg måske ikke bestemme den præcise alder i rygbruskprøverne. Hvordan måles 14 C: I tandemacceleratoren kan man ikke direkte bruge væv fra øjet og rygsøljen. Prøven skal først brændes sammen med kobberoxid, i et glasrør under vakuum på 10*10-2 Barr. Dette sker ved at prøven opvarmes til 900 o C i én time. Derefter har man kulstoffet som kuldioxid (CO 2 ). For at kunne analysere kulstoffet, skal man have det på fast form, så det grafiticeres med jern. Kulstoffet binder nemmere til jern end det binder til glasrøret hvori kulstoffet er. Det faste kulstof nu som grafit - indsættes i en kobbercylinder med en diameter på 1 cm, som kan indføres i tandemacceleratoren. Den første del af denne proces, var jeg med til på Fysisk Institut på Århus Universitet i september 2010. 5
Skitse af tandemacceleratorens opbygning. Fra: Heinemeier, J. m.fl. (1992). Ved målingen bliver kulstofprøven sendt ud af cylinderen og ind i selve acceleratoren. Først ind i en ionkilde, hvor kulstofatomerne får en elektrisk ladning og bliver nu til negative kulstof-ioner. Derefter sættes ionerne i fart vha. en elektrisk spænding, der tiltrækker ionerne. I magneten til venstre på figuren sorteres ionerne alt efter hvor tunge de er. 14 C er de tungeste, som har sværest ved at ændre retning, 13 C er lettere og derfor bøjer de mere af, mens 12 C er lettest og derfor bøjer mest af. Selve tandemacceleratoren består af en højspændingselektrode, hvori der indblæses argon, som river nogle elektroner af kulstof- på ionerene, så de nu bliver positive og frastødes med stor fart ud af acceleratoren. Til højre figuren er der endnu en elektromagnet analysemagneten - som kan sorterer de forskellige kulstof-ioner, så kun dem man ønsker at måle på kommer igennem. For at kunne finde alderen på hajen, har man også brug for at kende indholdet af 12 C. Dette finder man, ved at vende den første magnet om, så kun 12 C kommer igennem acceleratoren. Alderen af prøven, kan så beregnes ud fra forholdet mellem 12 C og 14 C målt efter analysemagneten. 14 C s halveringstid: Atmosfæren indeholder bl.a. de naturligt forekommende isotoper 12 C og 13 C, samt en meget lille del af den radioaktive og ustabile isotop 14 C. 14 C dannes højt oppe i atmosfæren, når kosmiske stråler og atmosfærens kvælstofatomer vekselvirker. 14 C-atomerne iltes og bliver til kuldioxid - 14 CO 2 - som fordeles jævnt i atmosfæren n. Planterne optager 14 C i forbindelse med fotosyntesen, 6 14 CO 2 + 6 H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 og dyr og mennesker optager 14 C, da de spiser planterne. Den levendee organisme optager 14 C indtil sin død. Herefter vil det radioaktive 14 C henfalde med en halveringstid på 5730 år. (Fra: Olsen, J., m.fl. (2008)) Ved en halveringstid menes at efter 5730 år vil 14 C niveauet i den døde organisme, knogle eller øjenlinser, være det halve af hvad det var, da organismen levede og efter 11.460 år vil der være ¼ tilbage af det oprindelige 14 C. Henfaldet for 14 C kan vises op i en graf, hvor det så vil blive eksponentielt aftagende. Ud fra øjenlinsen kan man bestemme fødselstidspunktet, da linsen er opbygget af nogle små krystaliner - α-krystalin, β-krystalin og γ-krystalin (Fra: Norn, S. M. (1975)) - som bliver dannet ved fostertilstanden. Krystalinernee opbygges fra undfangelsen, til ca. 2 års alderen, 6
hvorefter de stort set ikke forandrer sig resten af livet. Linsen vokser dog hele livet igennem for fisks og hajers vedkommende, men væksten sker yderst i øjenlinsen, altså er der ikke udveksling mellemm 14 C indholdet i linsekernen og resten af linsen. Da der ingen udveksling er, kan man i linsens centrum måle 14 C-indholdet i atmosfæren i den periode hvor organismen blev til. Efter 1955 og frem til 1963 blev der ført en masse ekstra 14 C ud i atmosfæren, da man udførte atombombeprøvesprængninger. 14 C niveauet steg 50 % under den såkaldte bombepuls. I grønlandshajens tilfælde vil dette betyde, at man kan måle om den er født før eller efter 1955, da mængdenn af 14 C i centrum af linsen vil vise dens fødselstidspunkt. Dog vil der være en afvigelse i forhold til terrestriske organismer, da havets 14 C alder er højere end landjordens. Dette skyldes bl.a. at det tager op til flere år for kulstoffet at transporteress fra overfladen, til fleree hundrede meter ned i havet. Billede af tandemacceleratoren på Fysisk Institut, Århus Universitet. Bagerst i lokalet, bag personen er hvor kulstofprøve en indsættes. Den store tanklignende beholder er selve tandemacceleratoren, og den røde halvcirkelformedee dims til venstre er analysemagneten. Billedet er fra Heinemeier et al, 1992, men det så stadig fuldstændig sådan ud, da jeg var på besøg første gang i august 2010. 7
Tidligere 14C analyse på hajer: Det er tidligere blevet forsøgt at bestemme hajers alder ved at måle 14 C på haj ryghvirvler (McPhie m.fl. (2009)), men ingen har endnu undersøgt øjenlisen på andre dyr end mennesket. På figuren ses analyser af 14 C fra ryghvirvler af hajer og rokker med deres forventede alder målt ud fra vækstringe i ryghvirvlerne. 14 C indholdet i ryghvirvlerne på forskellige bruskfisk i relation til hvornår brusken blev dannet. Bombepulsen ses tydeligt, men senere end i atmosfæren, idet det tager nogle år for det radioaktive 14 C at komme dybt ned i havet. Den fuldt optrukne linje er fra en sildehaj. Fra: McPhie, R. P., and Campana, S. E. 2009. Lidt om grønlandshajens biologi: Man ved ikke så meget om grønlandshajens biologi. Den er observeret på vanddybder fra havoverfladen ned til 2200 meter. Grønlandshajer kan blive 6 7 meter lange og den største der er blevet fanget vejede lige omkring 1000 kg. De mindste grønlandshajer der er fanget var omkring 80 cm lange, så man formoder at de er lidt mindre end denne størrelse når de fødes. Til gengæld bliver de ikke kønsmodne før de er 4 4,5 meter lange. Grønlandshajernee har ofte én forholdsviss stor parasit på hvert øje. Parasitten sidder fast på øjets hornhinde og medfører at der dannes arvæv så hajerne mere eller mindre er blinde. Dettee generer dog måske ikke grønlandshajer idet 1) der alligevel ikke er meget lys på store havdybder og 2) at de antages at være ådselædere, som finder deres føde vha. lugtesansen. Grønlandshajen beskrives ofte som en doven og meget langsom haj, hvilket dog ikke helt stemmer overens med at man har fundet rester af sæl, isbjørn og rensdyr i mavesækken på dem. Konklusion: Idet mine prøver endnu ikke er færdiganalyseret på AMS-Centeret på Institut for Fysik og Astronomi, Århus Universitet, og ikke forventes færdige før sidst i november 2010, kan jeg 8
desværre ikke konkludere noget om hajernes alder på nuværende tidspunkt. Hvis det viser sig at hajerne er meget gamle, bør man overveje at frede dem, da de ellers måske bliver udryddet. Budget Rejse til Århus Universitet * 3 (Formøde, behandling af prøver, acceleratorforsøg) 2.214 4 stk. kulstof 14 bestemmelser på Århus Universitet a' Kr. 3.000,- (*) 12.000 Evt. rejse til Godhavn, Grønland til indsamling af flere store hajer 10.000 I alt 24.214 * NGG betaler for én 14 C analyse i november 2010-3.000 9
Referencer: Blands, C. (1988). Dateringsmetoder. Forlaget FAG. 56 sider Freidrich. W. L., Heinemeier, J. og Sørensen, A. H. (2007). Et træ med historie. Naturens Verden nr. 1, s. 2 11. Hansen, P. M. (1953) Havkalen, den arktiske dybhavshaj. Tidsskriftet Grønland. S. 182 188. Link til artiklen: http://www.tidsskriftetgronland.dk/archive/1953-5-artikel05.txt Hansen, P. M (1963). Tagging experiments with Greenland shark (Somniosus microcephalus) in Subarea I. North Atlantic Fish Marking Symposium, Woods Hole, Mass. P 171-175. Heinemeier, J., Nielsen; H. L. og Rud, N. (1992). Kulstof-14 datering med accelerator gør kulstof-14 metoden 1000 gange mere følsom. Naturens verden nr. s. 371-379. Lynnerup N, Kjeldsen H, Heegaard S, Jacobsen C, Heinemeier J (2008) Radiocarbon Dating of the Human Eye Lens Crystallines Reveal Proteins without Carbon Turnover throughout Life. PLoS ONE 3(1): e1529. doi:10.1371/journal.pone.0001529 McPhie, R. P., and Campana, S. E. 2009. Bomb dating and age determination of skates (family Rajidae) off the eastern coast of Canada. ICES Journal of Marine Science, 66: 546 560. Norn, S. M. (1975). Øjensygdomme. Munksgaard. 146 sider. Olsen, J., Heinemeier, J., Bennike, P. og Fischer, A. (2008). Isotoper fortæller om fortidens kost. Aktuel Naturvidenskab. 4, s. 8 12. Rasmussen, K. L. (1994). Kulstof-14 datering. Munksgaards Dimensioner. 63 sider. Internetreferencer: The IUCN Red List of Threatened Species http://www.iucnredlist.org/apps/redlist/details/60213/0 Kulstof 14-datering af afdødes øjne afslører deres fødselstidspunkt. http://science.au.dk/nyheder-og-arrangementer/nyhed/article/kulstof-14-datering-af-afdoedesoejne-afsloerer-deres-foedselstidspunkt/ Udgivet 2008, Det Naturvidenskabelige Fakultet, Aarhus Universitet Tysk drabssag opklaret med genial dansk dateringsmetode. http://videnskab.dk/content/dk/naturvidenskab/tysk_drabssag_opklaret_med_genial_dansk_d ateringsmetode Skrevet af Sybille Hildebrandt Udgivet 2009, Videnskab.dk 10