Koldioxidniveauet (CO2) er steget dramatisk i atmosfæren og i havet i løbet af de sidste to århundreder (Sabine et al., 2004). Dette har haft direkte virkninger på havet: den gennemsnitlige pH-værdi i overfladevand på verdensplan er faldet med 0,1 enheder siden den industrielle revolution og forventes at falde med helt op til 0,4 enheder inden 2100 (Orr et al., 2005). Eksponeringen for nedsat pH-værdi varierer naturligt mellem de forskellige marine økosystemer. F.eks. udsættes kystnære marine habitater langs den amerikanske vestkyst allerede i dage til uger for korrosivt undermættet vand (i aragonit), der svarer til de forhold, der sandsynligvis vil opstå, når stigende atmosfærisk CO2 driver ændringer i havets kemi og fysiske drivkræfter i løbet af de næste årtier (Feely et al., 2004; Gruber et al., 2012). Detaljerede oceanografiske prognoser, der modellerer pH-dynamikken i Californienstrømmen, viser, at der i de næste 40 år vil opstå kronisk lave pH-betingelser ud over den sæsonbestemte variabilitet som følge af upwelling (Hofmann et al., 2011) (Gruber et al., 2012). Således kan mange tempererede arter allerede nu opleve pH-forudsigelser fra slutningen af århundredet i korte perioder, og eksponeringen for disse forhold med lav pH forventes at blive hyppigere og af længere varighed i fremtiden.
Ud over den igangværende forsuring af havene forventes hypoxiske hændelser også at forekomme hyppigere i fremtiden, især i Californienstrømmen (Bograd et al., 2008; Hauri et al., 2009; Morel et al., 2010; Gruber, 2011). Upwelling bringer pulser af dybt vand med et højt næringsstofindhold, men lavt iltindhold, ind i bentiske nærkysthabitater. Cyklussen med øget fytoplanktonproduktivitet, der er drevet af høje næringsstofniveauer fra upwelling og afstrømning fra kysten, efterfulgt af mikrobiel nedbrydning og dermed forbundet iltforbrug, kan reducere iltniveauet yderligere. Opblomstring er hyppigere om foråret og sommeren og kan derfor udsætte en bred vifte af tempererede marine arter for lavt iltindhold og lav pH-værdi i kritiske rekrutteringsperioder. Denne mekanisme med klimabetinget intensivering af upwelling kan være medvirkende til, at hypoxiske hændelser er blevet mere hypoxiske i hyppighed, varighed og rumlig udstrækning langs den amerikanske vestkyst (Schwing og Mendelssohn, 1997; Snyder et al., 2003; Grantham et al., 2004; Chan et al., 2008). Yderligere observationer viser, at der er sket et fald i DO-koncentrationerne i løbet af de sidste årtier i Californien-strømområdet (Bograd et al., 2008; McClatchie et al., 2010; Booth et al., 2014), delvis som reaktion på opvarmning og oceanografiske processer på stor skala. Fald i iltniveauet kan resultere i stigninger i subdødelig stress for marine organismer, selv om koncentrationerne forbliver over tærskelværdien for hypoxi (generelt defineret som værende omkring 2 mg O2 L-1, Vaquer-Sunyer og Duarte, 2008).
De marine arters følsomhed over for forsuring af havet og hypoxi afhænger af deres fysiologiske kapacitet til at tolerere miljømæssige stressorer. Tang, hvirvelløse dyr og fisk er forskelligt modtagelige over for ændringer i havkemien (Kroeker et al., 2013), idet nogle arter udviser negative virkninger, mens andre udviser neutrale eller positive reaktioner. Nylige undersøgelser af unge fisk har vist, at udvikling i vand med lav pH resulterer i forringelse af lugtesansen (Munday et al., 2010), ændringer i auditiv adfærd (Simpson et al., 2011; Rossi et al., 2016), forstyrrelser i hjernens lateralisering (Domenici et al., 2011), øget angstniveau (Hamilton et al., 2013) og reduktioner i kapaciteten til aerob aktivitet (Munday et al., 2009; Hamilton et al., 2017). Samlet set har metaanalyser vist, at en række livshistoriske og adfærdsmæssige træk påvirkes af forhøjede CO2-niveauer hos nogle marine fiskearter, mens andre arter synes at være mere tolerante over for disse ændringer, især dem, der lever i dynamiske tempererede miljøer (Cattano et al., 2018).
Hypoxi kan ligeledes have skadelige virkninger på de tidlige livsstadier af teleostfisk. Ekstremt lave iltniveauer resulterer typisk i dødelighed. Ved moderate niveauer omfatter subletale virkninger øget forekomst af larveformdannelser, mindre størrelser ved klækning, åndedrætsbesvær og metabolisk depression (Boutilier et al., 1998; Landry et al., 2007). Hypoxi har også vist sig at påvirke antipredatoradfærd, således at fisk under hypoxiske forhold udviser nedsat reaktionsevne over for rovdyrs signaler, nedsat lokomotorisk ydeevne og ændringer i stimeadfærd (Domenici et al., 2007). Sammenlignet med andre marine taxa er fisk ofte mere følsomme over for deoxygenering og kan udvise subletale virkninger af iltfattig eksponering, såsom reduceret vækst og fodring, ved iltkoncentrationer under 4,5 g/L, med dødelige koncentrationer mellem 1 og 2 mg/L (Levin, 2003; Vaquer-Sunyer og Duarte, 2008).
Somme undersøgelser har vist, at eksponering for vand med høj CO2-værdi resulterer i øget vækst af otolitter (øresten) hos nogle fiskearter (Checkley et al, 2009; Munday et al., 2011a; Hurst et al., 2012; Bignami et al., 2013; Maneja et al., 2013; Rossi et al., 2016; Shen et al., 2016; Martino et al., 2017; Di Franco et al., 2019), med virkninger, der forstærkes, når CO2-niveauet øges fra 1000 til over 4000 μatm. Allometrien af somatisk og otolithvækst kan også ændres af havforsuring, hvilket afspejles i ændringer i forholdet mellem fiskestørrelse og otolithstørrelse (Réveillaca et al., 2015; Di Franco et al., 2019). I modsætning hertil har andre undersøgelser ikke vist nogen virkninger af forhøjet CO2 på otolithvækst eller forholdet mellem fiskestørrelse og otolithstørrelse hos andre fiskearter på tværs af lignende områder med forhøjet CO2 (Franke, 2011; Munday et al., 2011b; Simpson et al., 2011; Frommel et al., 2013; Perry et al., 2015). I betragtning af otolitternes betydning for hørelse, balance og rumlig ligevægt har nogle undersøgelser vist, at forsuring af havet har kapacitet til at påvirke sensoriske funktioner (Simpson et al., 2011; Munday et al., 2011a; Bignami et al., 2013; Rossi et al., 2016), mens andre undersøgelser har fundet tvetydige resultater (Shen et al., 2016). Hypoxi synes derimod typisk at nedbryde otolithvæksten sammenlignet med fisk opdrættet under normoxiske forhold (Sepulveda, 1994; Hales og Able, 1995). Størrelsen af vækstreaktionen synes at være relateret til intensiteten og varigheden af den oplevede hypoxi, idet otolithvæksten er mere deprimeret ved iltniveauer under 4 mg/L. På baggrund af disse observationer forudses havforsuring og hypoxi at have modsatrettede virkninger på otolitvækst.
Som et første skridt til at undersøge den relative betydning af havforsuring og hypoxi på otolitvækst (dvs, ændringer i forholdet mellem otolitstørrelse og fiskestørrelse), testede vi de uafhængige virkninger af forhøjet pCO2 og lavt opløst ilt (DO) over et interval af værdier for hver stressfaktor i to arter af ung stenfisk: kobberstenfisk (Sebastes caurinus) og blå stenfisk (S. mystinus). Tidligere har vi vist, at havforsuring kan forringe adfærdsreaktioner og svømmefysiologi i kobber rockfish, med få beviser for effekter af høj CO2 i blå rockfish (Hamilton et al., 2017). Vi har også testet virkningerne af hypoxi og fundet, at aerobe præstationer er forringet ved lave DO-niveauer i begge arter, og at adfærdsreaktioner er ændret i kobber stenfisk (Mattiasen, 2018). Kobber- og blå stenfisk er kystnære arter, der lever i stenrev og tangbede. Nyligt bosatte (< 2 måneder gamle) kobber stenfiskunger optræder i kelp-tæppet nær overfladen, mens blå stenfiskunger (3-4 måneder gamle) bosætter sig og samler sig i stimer nær benthos (Love et al., 2002). Begge arter oplever ontogenetiske skift i brugen af levesteder. Voksne kobber stenfisk er stærkt knyttet til benthos, mens voksne blå stenfisk går i stimer midt på vandet (Love et al., 2002). Kontrasten i bosætningshabitater (f.eks. kronetræ for kobber stenfisk, bentiske rev for blå stenfisk) er i overensstemmelse med deres vertikale fordeling som pelagiske ungfisk: kobber stenfisk besætter overfladelagene, mens blå stenfisk synes at besætte dybere lag (Lenarz et al., 1991). Da pH- og DO-niveauer ofte er vertikalt stratificerede i vandsøjlen på grund af fotosyntese og respiration (Frieder et al., 2012), kan disse arter blive udsat for forskellig kemi under udviklingen, hvilket kan påvirke deres følsomhed og tolerance over for klimaændringsstressorer.
Ofte er virkningerne af havforsuring og hypoxi på otolithvækst blevet undersøgt separat og i forskellige arter, hvilket gør det udfordrende at identificere den relative betydning af en af de to stressorer på retningen og størrelsen af vækstreaktionen. Desuden har mange tidligere undersøgelser udsat individer for høje pCO2- og lave DO-behandlingsforhold over relativt korte tidsskalaer (dage til uger). Her undersøger vi de uafhængige virkninger af hver enkelt stressfaktor på otolitvækst hos kobber- og blå stenfisk efter kronisk eksponering for ændringer i havkemien over en periode på 5-6 måneder. Baseret på tidligere undersøgelser forudsagde vi, at forhøjet pCO2 ville resultere i relativt større otolitter for en fisk af en given størrelse, mens et lavt DO-niveau ville nedtone otolitvæksten. I betragtning af at kobberklipfisk synes at være mere følsomme over for høj CO2 og lavt DO end blå klipfisk i deres fysiologiske og adfærdsmæssige reaktioner, antog vi også, at reaktioner på otolitvækst ville være stærkere hos kobberklipfisk.