Fisk har migrerat till kallare vatten under de senaste decennierna när havet värms upp. Men i Antarktis, den kallaste platsen på planeten, polararter har ingenstans att ta vägen.

Preliminär forskning av en djurforskare från UC Davis visar att vissa polarfiskar har kunnat acklimatisera sig till varmt vatten eller till högre nivåer av koldioxid, men inte till båda.

"De har utvecklats till att leva i mycket kyla, stabila förhållanden och de lever redan i de kallaste, det mest stabila ekosystemet på jorden, sa Anne Todgham, en docent vid UC Davis Department of Animal Science som är specialiserad på hur vattenlevande liv klarar föränderliga miljöer. Todgham studerar stress hos havsdjur på en mängd olika platser, inklusive den istäckta kontinenten på jordens södra spets.

Hav absorberar ungefär en tredjedel av den CO2 som människor släpper ut i atmosfären. Det kan vara bra för luften, men det är hårt för havets hälsa. Klimatförändringar och havsföroreningar stressar praktiskt taget allt vattenlevande liv, men Todgham säger att polararter kan ha det värst.

"Kallt vatten håller mer CO2, så koldioxidnivåerna stiger väldigt snabbt i Antarktis, " Sa Todgham. "Polararter är i allmänhet långlivade - 80 plus år, i vissa fall — så de kan inte utvecklas tillräckligt snabbt för att hålla jämna steg med värmande vatten och stigande surhet. De kan inte migrera till kallare vatten. De måste klara sig genom att rekrytera sin befintliga fysiologi, och än så länge ser det inte särskilt lovande ut."

Antarktis är nästan 9, 000 miles från Kalifornien, men när det gäller miljöförändringar, det är precis bredvid.

"Havens uppvärmning och försurning sker längs hela våra kuster, påverkar många arter som vi är beroende av för mat som ostron och Dungeness-krabba, " Sa Todgham. "Så detta arbete har tillämpning långt utanför Antarktis."

Att studera fisk i Antarktis är inte för de kalla motvilliga. Todgham har gjort tre resor till det frusna landet, alla under polarsommaren när temperaturen varierar från minusgrader till 35 minusgrader. Hon sover i en uppvärmd sovsal på McMurdo Station, ett amerikanskt forskningscenter på Ross Island, en av de sydligaste öarna utanför Antarktis.

"Det är förrädiskt kallt och blåsigt, " Hon sa.

Todgham studerar två polarfiskarter – den nakna drakfisken och smaragdtorsken – som lever i det mörka vattnet under tjock havsis. För att nå fisken, forskare borrar genom nio fot av is och dykare söker efter artens ägg och unga i polarvatten där till och med maskarna och havsspindlarna är överdimensionerade.

"Kallt vatten håller mer syre, så vattenlivet kan bli riktigt stort där nere, " förklarade Todgham.

Forskare transporterar proverna i temperaturkontrollerade fordon till forskningsstationen för att hålla dem vid liv. Polararter har speciella proteiner i sina kroppar som fungerar som frostskyddsmedel så att de kan överleva i det iskalla vattnet.

"Men så kallt vattnet är, det är inte alls lika kallt som uteluften, " sa Todgham.

Tillbaka vid forskningsstationen, Todgham och hennes team placerar äggen och ungarna i plasthinkar med vatten som är 2 grader Celsius, en temperaturforskare förutspår kommer att vara normen om 80 år. Forskare pumpar in olika nivåer av CO2 via färgglada rör som slingrar in och ut ur varje hink.

I flera veckor, Todgham mäter hur fisken klarar sig. Hon tittar på genuttryck, cellulär stressrespons, metabola förändringar och fysiologiska faktorer som aktivitetsnivå och tillväxthastigheter.

"Vi försöker förutsäga hur varje art kommer att klara av varmare vatten och högre CO2-utsläpp, " sa Todgham.

Det korta svaret:inte bra.

"De har kunnat vänja sig vid varmt vatten eller högre nivåer av CO2, men inte båda tillsammans, " sa Todgham. "Det är inte bra, eftersom havsvatten överallt redan stiger i både temperatur och koldioxid."

Polarfiskar har ingenstans kallare att gå, men hittills, det ser ut som att andra arter inte har migrerat in i deras ekosystem. Antarktis omges av en cirkumpolär ström som fungerar som en barriär, så det skulle inte vara lätt för vattenlevande varelser att migrera in.

"Förutom krabbor, " säger Todgham. "Det ser ut som att de kan komma in genom att marschera längs botten."

Studier av den inhemska arten Todgham är en viktig födokälla för sälar, pingviner och större fiskar så att deras bortgång kan ha en kaskadeffekt genom hela näringskedjan. Och polarterna kan vara en klockare för det som utvecklas på vår egen bakgård.

Fortfarande, Todgham är optimistisk.

"Vi identifierar populationer som är särskilt sårbara så att vi kan hjälpa till att skydda dem från direkta hot som överfiske, " sade Todgham. "Och jag är uppmuntrad av alla studenter som ägnar sig åt studier av naturliga arter. De ger mig hopp."