Prosjektnummer
901962
IllumiAkva – Et initiativ for artsspesifikk lysbruk i oppdrett av atlantisk laks og regnbueørret
Lysmiljøet har utbredte effekter på biologiske prosesser hos atlantisk laks og regnbueørret, som fôringsatferd, vekst, smoltifisering, stoffskifte, kjønnsmodning og helse. Disse prosessene har stor betydning i oppdrett. Mens villfisk møter daglige og sesongmessige skiftende lysmiljøer, opplever oppdrettsfisk rutinemessig eksponering for kunstig lys. Problematisk er at kvaliteten (inkludert intensitet, spektra og distribusjon) og fotoperiodiske regimer for kunstig lys varierer betydelig fra det naturlige miljøet, mellom ulike anlegg, og i forskjellige livsfaser.
Ofte er valg av lysprotokoller erfaringsbaserte til tross for en sterk motivasjon fra næringen mot mer kunnskapsbaserte tilnærminger. I næringen mangler det for eksempel fortsatt konsensus om og hvordan man skal bruke lys best mulig for å kontrollere smoltifisering, og ulike metoder benyttes for å forberede laks for sjøvannsoverføring selv innenfor samme selskap.
Hovedmål
Å gi veiledning om beste praksis for bruk av lys (intensitet, kvalitet og fotoperiode) i produksjon av atlantisk laks og regnbueørret tilpasset biologien på et gitt utviklingsstadium i produksjonssyklusen.
Delmål (med korresponderende arbeidspakker (AP-er))
• Å oppsummere aktuell vitenskapelig og erfaringsbasert kunnskap om lysets betydning for biologien til atlantisk laks og regnbueørret for hele produksjonssyklusen og identifisere eksisterende kunnskapshull med hensyn til effekter av lys i produksjonsbiologiske sammenhenger (AP1).
• Å karakterisere aksjonsspektrene til alle visuelle og ikke-visuelle lysreseptorer (opsiner) og bygge en detaljert database over uttrykk av lysreseptorer gjennom hele produksjonssyklusen (AP2).
• Å karakterisere ukjente lysmiljøer som brukes i oppdrett (AP3).
• Å dokumentere kort- og langsiktige effekter av kontrasterende lysmiljøer i settefiskproduksjon av laks på fysiologi, velferd, robusthet og kvalitet (AP4).
• Å karakterisere aksjonsspektrene til alle visuelle og ikke-visuelle lysreseptorer (opsiner) og bygge en detaljert database over uttrykk av lysreseptorer gjennom hele produksjonssyklusen (AP2).
• Å karakterisere ukjente lysmiljøer som brukes i oppdrett (AP3).
• Å dokumentere kort- og langsiktige effekter av kontrasterende lysmiljøer i settefiskproduksjon av laks på fysiologi, velferd, robusthet og kvalitet (AP4).
Prosjektet IllumiAkva skal resultere i et rammeverk for å kunne gi atlantisk laks og regnbueørret riktig lysmiljø til rett tid. Riktige valg av lyskvalitet og fotoperiode er viktig for kontroll av utviklingsstadier og effektiv produksjon som ivaretar fiskens helse og velferd. Med et bedre kunnskapsgrunnlag om hva som utgjør riktig lyskvalitet (spektra, intensitet, distribusjon) i sammenheng med ulike lysregimer, vil oppdrettsnæringen kunne standardisere og skreddersy lysforhold som møter fiskens artsspesifikke biologiske behov og dermed påvirke sentrale produksjonsegenskaper som utvikling, vekst, appetitt og fôrutnyttelse, robusthet og immunfunksjon. Et forbedret produksjonsmiljø vil kunne bidra til økt aksept blant forbrukere og økonomisk lønnsomhet i sektor. Resultatene forventes også å komme til nytte til teknologileverandør industri i utvikling av optimaliserte lysteknologier.
Gjennomføringen er organisert i følgende fire arbeidspakker (AP-er):
AP1: IllumiAkva-håndbok: Best mulig bruk av belysning i akvakulturproduksjon av regnbueørret og atlantisk laks
Ledelse: Marianne Iversen og Chris Noble (Nofima)
Deltakere: Industri, UiT Norges arktiske universitet, NORCE og SINTEF
Velferd: Generell operativ velferdsovervåking vil bli utført ved hjelp av en rekke miljø- og dyrebaserte indikatorer for laks (inkludert KPI-er: dødelighet, appetitt og vekst, og andre gruppe- og individbaserte indikatorer inkludert ytre skader, Noble et al., 2018). Videoopptak vil også bli samlet inn for ikke-invasiv atferdsovervåking i utvalgte perioder (etter prosjektet “Balansert sanntidskontroll av fisk, miljø og energi i resirkulerende akvakultursystemer (RAS) (RAS4.0)” (Forskningsrådets prosjektnr. 320717) og etablerte metoder).
AP1: IllumiAkva-håndbok: Best mulig bruk av belysning i akvakulturproduksjon av regnbueørret og atlantisk laks
Ledelse: Marianne Iversen og Chris Noble (Nofima)
Deltakere: Industri, UiT Norges arktiske universitet, NORCE og SINTEF
Aktivitet 1.1: Arbeidsmøte (workshop) og spørreundersøkelse
Hele prosjektgruppen, inkludert samarbeidende industripartnere (ytterligere representanter for atlantisk laks og regnbueørret vil bli kontaktet og invitert til å delta i arbeidsmøtet og undersøkelse), for å kartlegge nåværende praksis for lysbruk i akvakultur og identifisere sentrale temaer av interesse for industrien.
Aktivitet 1.2: Systematisk litteraturgjennomgang
Ta opp anbefalingsspørsmålene fra eksperter fra de ulike partnerorganisasjonene, uttrekking av kunnskap, identifisering av kunnskapshull og skriving av første del av håndboken. IllumiAkva-håndboken vil være strukturert på samme måte som “Fishwell”- håndboken (Noble et al., 2018) og være både arts- og livsfasespesifikk, med en del A som beskriver den vitenskapelige “state-of-the-art”, og retningslinjer for beste praksis beskrevet i del B.
Aktivitet 1.3: Utvikle anbefalinger for lysbruk i oppdrett av atlantisk laks og regnbueørret
Utarbeidelse av retningslinjer for beste praksis fra avl til slakting. Identifisering av kunnskapshull som skal følges opp i AP3–AP4.
Aktivitet 1.4: Formidling
Håndboken vil bli publisert i foreløpig form etter prosjektets første år. En endelig, oppdatert versjon vil bli publisert på slutten av IllumiAkva.
AP2: Karakterisering av lyspigmenter (opsiner)
Ledelse: Alexander Christopher West (UiT)
Deltakere: UiT, UiM, Nofima og Research Institute of Farm Animal Biology (FBN)
Aktivitet 2.1: Karakterisering opsiner i atlantisk laks
Forskerne vil bruke en metodikk som kalles heterolog aksjonsspektroskopi for å karakterisere responsen til lys i de 54 opsiner som finnes i laks. Til dette formålet vil man uttrykke hvert opsin og knyttet til en reporter i en cellekultur. Deretter overføres kulturene til en plateleser som er tilpasset for å tillate stimulering i brønnen med en ekstern lyskilde. En vil stimulere hver brønn med lys av varierende intensitet og bølgelengder (365–660 nm) og måle reporterresponsen.
Aktivitet 2.2. Anbefalinger for et tilpasset lysmiljø for atlantisk laks
Aktivitet 2.2. Anbefalinger for et tilpasset lysmiljø for atlantisk laks
En målsetning i IllumiAkva er å ta i bruk en ny metrologi for å måle lyskvalitet. Man ønsker å gå bort fra lux, som er basert på menneskenes lys-oppfatning. Istedenfor skal en bruke α-opisk irradians som baserer seg på laksens lysoppfatning. Å definere α-opisk irradians for hele organismen er foreløpig umulig på grunn av den komplekse lysabsorpsjonen i hjernen og perifert vev. Forskerne vil imidlertid ta et første skritt mot dette ved å beregne α- optisk irradians for øyet og pinealkjertelen, de to viktigste lysfølsomme vevene. Det vil brukes resultater fra AP2.1 til å estimere atlantisk laks α-opisk bestråling som et produkt av in vitro spektral følsomhet av de relevante opsinene og eksisterende verdier av pre-reseptorfiltrering gjennom øyet (Thorpe et al., 1993) og pinealvinduet (Nordtug og Berg, 1990), og deretter bruke fotoreseptorspektrale vektingsfunksjoner for å frembringe en kunnskapsbasert anbefaling for lyskvalitet som er skreddersydd til laksens lys-oppfatning. Dette vil videre testes eksperimentelt på hele fisk i AP4.
Aktivitet 2.2: Kartlegging av opsin-ekspresjon
Forskerne vil designe et tilpasset Biomark HD-panel for å undersøke genuttrykk av pineal og en rekke perifere vev hvor kapasiteten for lysmottakelse hos laksefisk er ukjent (hjerte, muskel, hud, lever, hodenyre, nyre, gjelle og tarm). I tillegg vil de supplere analysen med åpen kildekode transkriptomikk datasett (f.eks. Lien et al. (2016), West et al. (2020, 2021), Harvey (2024)) og arbeid i prosjektet “Et kart over celler og organer for optimalisering av laksens organutvikling (SALMOCODE)” (FHF-901864) som vil gi verdifulle genekspresjonsprofiler fra tidlige utviklingstilstander (før startfôring). Sammen vil disse hypotesegenererende dataene gi en kraftig katalog over opsin-transkripsjonsuttrykk som vil veilede fremtidig vurdering av for eksempel perifer lysdeteksjon hos atlantisk laks.
AP3: Karakterisering av lysmiljø
Ledelse: Ian Muri (SINTEF)
Deltakere: Industri, Nofima, NORCE, og UiT
Deltakere: Industri, Nofima, NORCE, og UiT
Aktivitet 3.1: Sammenstilling og analyse av eksisterende data om lysmiljøer brukt i oppdrett av atlantisk laks
Det vil lages en oppstilling av eksisterende data på lysmiljø i oppdrett, både publisert og fra industripartnere, samlet inn i AP1. Det vil kartlegges eksisterende kunnskap, spesielt med fokus på fotometriske og spektrometriske data, og identifisere kunnskapshull. Det vil fokuseres på hvordan ulike lyskilder har blitt brukt og målt i de ulike fiskeutviklingsstadiene og sortere disse basert på datakvalitet. Data vil så bli kategorisert etter lyskilder, målesteder over vann og under vann, lysinformasjonstyper inkludert lysmålinger på stedet og dataspesifikasjoner funnet på maskinvare, lyskvalitet som intensitet, spektra og distribusjon, og utviklingsstadiene til fisk.
Aktivitet 3.2: Karakterisering av lysmiljøer i akvakultur og tette kunnskapshull
Det vil adresseres kunnskapshullene identifisert i aktivitet 3.1 ved å måle data om undervannslysintensitet, distribusjon, fotoperiodisitet og spektralt innhold på ulike settefisklokaliteter. Dette vil hjelpe prosjektgruppen med å representere lysmiljøer nøyaktig under forskjellige akvakulturlys- og vannkvalitetsforhold. For å oppnå dette vil man bruke en kombinasjon av høyoppløselige spektrale enheter (Trios Ramses) designet spesielt for oseanografiapplikasjoner, og nye, små kostnadseffektive spektrale fargesensorenheter som bruker Osram ams-detektorer (som i McDowell et al. 2023).
Aktivitet 3.3: Datasyntese, rammeverk for lysmiljøanalyse og relasjon til beste praksis
Prosessere og integrere data generert i 3.1–3.2 og utarbeide et intuitivt rammeverk for å presentere en omfattende oversikt over lysmiljøer og deres variasjoner. Dette rammeverket vil delvis være inspirert av optisk oseanografi og metrologimetoder som tar hensyn til lysforhold for hav- eller kystmiljøer. Til slutt vil lysmiljødata standardiseres til atlantisk laks α-opisk irradians som definert i aktivitet 2.2, som er avgjørende for å kunne kvantifisere lys miljøet i forhold til lys oppfatning i atlantisk laks.
AP4: Kort- og langtidseffekter av kontrasterende lysmiljøer på atlantisk laks – fra tidlig livsfase til slakt
Ledelse: Anja Striberny (Nofima) og Pradeep Lal (NORCE)
Deltakere: Nofima, NORCE, UiT, SINTEF, industri
Deltakere: Nofima, NORCE, UiT, SINTEF, industri
Aktivitet 4.1: Forsøk og prøveuttak
Ved godkjenning fra Forsøksdyrforvaltningens tilsyns- og søknadssystem (FOTS) vil totalt 5 000 rogn og melke bli hentet fra et kommersielt lakseavlsselskap, befruktet og inkubert ved 6 grader ved forsøksstasjon Sunndalsøra. Det vil etableres to grupper. Kontrollgruppen vil bli holdt under kontinuerlig mørke og inspisert med øde hodelykter og en annen gruppe vil bli utsatt for daglige lyspulser (lyskvalitet basert på input fra AP1) for å simulere industrirelevante forhold som brukes til å inspisere og sortere ut egg i arbeidstiden. Ved startfôring vil yngel fra begge grupper enten bli utsatt for et typisk fullspektret lysregime (definert fra AP1), eller et lysregime som er tilpasset laksens lys oppfatning (spektral sammensetning og intensitet basert på resultatene fra AP2–AP3). Forsøket vil forgå i gjennomstrømningskar. Når fisken er 20 g vil den bli pit-merket og ved ca. 40 g vil fisken fra hver lyskvalitet bli delt inn i tre forskjellige fotoperiodiske regimer (i triplikater): 1) kontinuerlig lys, 2) kort fotoperiode LD 12:12, 3) kort fotoperiode LD 12:12 + “måneskinn”-regime om natten. Etter seks uker vil lysregimet bli satt tilbake til lang dag (24 timers lys) inntil smoltifiseringen er fullført. Etter smoltifisering vil fisken bli fulgt på et sjøvannsanlegg frem til slakting. Dataregistrering og prøver av fisk vil bli samlet inn i kritiske perioder av produksjonen.
Smoltifiseringsperiode: S1 begynnelsen av vintersignalet; S2 slutt på vintersignal; og S3 slutt på smoltifisering.
Tidlig sjøvannsfase: S4 en uke etter overføring; og S5 to måneder etter overføring.
Slutt på SW-forsøket: S6, slutt på eksperimentet.
Smoltifiseringsperiode: S1 begynnelsen av vintersignalet; S2 slutt på vintersignal; og S3 slutt på smoltifisering.
Tidlig sjøvannsfase: S4 en uke etter overføring; og S5 to måneder etter overføring.
Slutt på SW-forsøket: S6, slutt på eksperimentet.
Aktivitet 4.2: Funksjonell karakterisering av ulike lysregimer
Det vil undersøkes et panel av indikatorer for fysiologi, velferd, robusthet og produktkvalitet.
Velferd: Generell operativ velferdsovervåking vil bli utført ved hjelp av en rekke miljø- og dyrebaserte indikatorer for laks (inkludert KPI-er: dødelighet, appetitt og vekst, og andre gruppe- og individbaserte indikatorer inkludert ytre skader, Noble et al., 2018). Videoopptak vil også bli samlet inn for ikke-invasiv atferdsovervåking i utvalgte perioder (etter prosjektet “Balansert sanntidskontroll av fisk, miljø og energi i resirkulerende akvakultursystemer (RAS) (RAS4.0)” (Forskningsrådets prosjektnr. 320717) og etablerte metoder).
Robusthet: Smoltkvalitet og ytelse vil bli vurdert ved osmoregulatorisk kapasitet (gjelle-NKA-analyse og genutrykk, plasmaosmolalitet og ionekvantifisering. Gjelleimmunstatus vil også overvåkes ved hjelp av Nofimas etablerte ImCom-genuttrykkspanel (Krasnov et al., 2020).
Kvalitet: I sjøvannsfasen vil man vurdere tidlig kjønnsmodning. På slutten av forsøket vil slaktekvalitet og -velferd vurderes ved hjelp av Nofima sitt etablerte skåringssystem.
Fysiologi: De målte velferds-, robusthets- og kvalitetsparameterne vil bli støttet med fysiologiske undersøkelser. For dette vil det tas prøver av 12 fisk per behandlingsgruppe (4 per tank) ved for å måle relevante fysiologiske responsvariabler. Døgnrytmeeffekten vil bli vurdert ved å måle sirkulerende melatonin, når vintersignal gis. Målinger av appetitt og vekstindikatorer (se Velferd ovenfor) vil bli supplert med plasmakonsentrasjoner av fôringsrelaterte hormoner, og genuttrykksnivåer (gener som regulerer vekst, fôring/appetitt og energihomeostase) i utvalgte organer. Velferdsparametere vil bli supplert med laboratoriebaserte velferdsindikatorer, inkludert plasmakortisol- og laktatkonsentrasjoner og molekylært uttrykk av stressrelaterte gener (Tang et al., 2022).
Sammen vil disse målingene danne et bredt datagrunnlag og vil gi støtte for klar veiledning om hvordan de tre lysfaktorene i prosjektets eksperimentelle design kan brukes til å forbedre produksjonen av atlantisk laks.
IllumiAkva vil bli presentert på Nofimas og UiTs nettsider. Gjennom hele prosjektperioden vil man aktivt distribuere “IllumiAqua highLIGHTS” på LinkedIn®. Prosjektgruppen skal skrive minst én norsk populærvitenskapelig artikkel om betydningen av lys for laksefisk.
Erfaringer og ny vitenskapelig kunnskap om lysbruk og effekter av dette vil bli utvekslet på et åpen arbeidsmøte (workshop), organisert av NCE Aquaculture. Det vil bli arrangert to åpne webinarer hvor en vil informere om 1) lysmiljøer for akvakultur og laksens lys oppfatning (fokus på AP2 og AP3), effekter av lysvalg for atlantisk laks velferd og ytelse og anbefalinger for beste praksis for bruk av lys (AP4 og AP1). Det tas sikte på å dedikere en hel sesjon om bruk av lys i akvakultur på konferansen TEKSET (2026). Resultatene vil også bli presentert på bransjerelevante møter organisert av FHF (HAVBRUK++), andre nasjonale konferanser, messer (Aqua Nor) og internasjonale vitenskapelige konferanser (Aquaculture Europe-konferansen i regi av European Aquaculture Society).
I tillegg vil prosjektets resultater bli formidlet gjennom NCE Aquacultures egen podcast Fisketimen og klyngens smoltfora for løpende tilbakemeldinger på prosjektets funn.
Erfaringer og ny vitenskapelig kunnskap om lysbruk og effekter av dette vil bli utvekslet på et åpen arbeidsmøte (workshop), organisert av NCE Aquaculture. Det vil bli arrangert to åpne webinarer hvor en vil informere om 1) lysmiljøer for akvakultur og laksens lys oppfatning (fokus på AP2 og AP3), effekter av lysvalg for atlantisk laks velferd og ytelse og anbefalinger for beste praksis for bruk av lys (AP4 og AP1). Det tas sikte på å dedikere en hel sesjon om bruk av lys i akvakultur på konferansen TEKSET (2026). Resultatene vil også bli presentert på bransjerelevante møter organisert av FHF (HAVBRUK++), andre nasjonale konferanser, messer (Aqua Nor) og internasjonale vitenskapelige konferanser (Aquaculture Europe-konferansen i regi av European Aquaculture Society).
I tillegg vil prosjektets resultater bli formidlet gjennom NCE Aquacultures egen podcast Fisketimen og klyngens smoltfora for løpende tilbakemeldinger på prosjektets funn.