Mikilvægi vistfræðilegra þátta fyrir þróun líffræðilegs fjölbreytileika: Mikilvægi breytileika í tíma og rúmi í náttúruvali fyrir þróun hornsíla í og við Mývatn - verkefnislok
Rannís styrkti rannsóknarverkefnið “Mikilvægi vistfræðilegra þátta fyrir þróun líffræðilegs fjölbreytileika: Mikilvægi breytileika í tíma og rúmi í náttúruvali fyrir þróun hornsíla í og við Mývatn”. Verkefninu er nú lokið og niðurstöður þess eru mjög athyglisverðar. Aðstandendur eru afar þakklátir Rannís fyrir að gera þetta verkefni mögulegt.
Heiti verkefnis: Mikilvægi vistfræðilegra þátta fyrir þróun líffræðilegs fjölbreytileika: Mikilvægi breytileika í tíma og rúmi í náttúruvali fyrir þróun hornsíla í og við Mývatn
Verkefnisstjóri: Skúli Skúlason, Háskólanum á Hólum
Tegund styrks. Verkefnisstyrkur
Styrkár: 2009-2011
Fjárhæð styrks: 19,13 millj. kr. alls
Tilvísunarnúmer Rannís: 090225
Meginmarkmið verkefnisins var að auka þekkingu okkar á þeim vistfræðilegu og þróunarfræðilegu þáttum sem sem stuðla að þróun og viðhaldi líffræðilegrar fjölbreytni. Skilningur á miklvægi þessara þátta hefur aukist undanfarinn áratug, en þekking á flóknu og dínamísku samspili þeirra er ennþá brotakennd. Hornsíli (Gasterosteus aculeatus) í Mývatni og í tjörnum við það í Belgjarskógi henta mjög vel til slíkra rannsókna, m.a. vegna mikils breytileika búsvæða og vel þekkts óstöðugleika Mývatnsvistkerfisins. Afar mikilvægt er að auka þekkingu okkar á eðli líffræðilegrar fjölbreytni, en henni er víða ógnað m.a. vegna áhrifa mannsins.
Í verkefninu var breytileiki í svipgerð og erfðum hornsíla rannsakaður í nítján tjörnum Belgjarskógi og fimm ólíkum búsvæðum í Mývatni á tímabilinu 2008-2012. Breytileiki var þannig metinn bæði í tíma og rúmi. Niðurstöður sýndu að svipgerðarbreytleiki (líkamslögun) hornsíla í tjörnunum tengdist fyrst og fremst erfðareki (genetic drift) og hversu tengdar tjarnirnar voru (far milli stofna). Í Mývatni var greinilegur munur á svipgerð hornsíla á þremur ólíkum búsvæðum, þrátt fyrir mikla erfðablöndun milli þeirra. Þá kom í ljós að erfðabreytileiki hornsíla á ólíkum búsvæðum breyttist milli árstíða og að útlitseinkenni sem tengjast fæðuvali breyttust með reglubundnum hætti milli ára. Í ljós kom að samband er á milli þessara breytinga og sveiflna í þéttleika mýflugna. Einnig kom fram fæðu- og hitatengdur breytileiki í sníkjudýrum; ýmsir æxlunarþættir hornsílanna voru breytilegir og að hornsíli í hraun-búsvæði eru með hlutfallslega stærri heila. Samantekið fela niðurstöður verkefnisins í sér mikilvæga nýja þekkingu á svipgerðarbreytingum milli ára hjá náttúrulegum stofnum, sem og nýjan skilning á mikilvægi stofnablöndunar á smáum skala. Verkefnið styður við vaxandi skilning á mikilvægi dínamískra ferla og kerfa fyrir þekkingu okkar á tilurð og eðli líffræðilegrar fjölbreytni og undirstrikar óvenjulegan styrkleika vistkerfis Mývatns til svona rannsókna. Líffræðileg fjölbreytni er ein af grunnstoðum sjálfbærrar þróunar náttúrulegra auðlinda. Krafan um skynsamleg nýtingu og verndun líffræðilegrar fjölbreytni byggist á aukinni þekkingu á eðli hennar, en staða slíkrar þekkingar er afar takmörkuð, sérstaklega fyrir vistkerfi í sjó og ferskvatni. Niðurstöður verkefnisins auka þessa þekkingu almennt, auk þess að efla skilning okkar á stórmerkilegu vistkerfi Mývatns og umhverfis þess. Niðurstöðurnar nýtast því við áætlanagerð og skipulag varðandi nýtingu og verndun líffræðilegrar fjölbreytni.
Verkefnið hefur stuðlað að frekari rannsóknum, m.a. skipulegri athugun á erfðum breytilegra svipgerða og nánari athugun á eðli náttúrulegs vals í þessu kerfi, sem og stuðlað að margvíslegu nýju rannsóknarsamstarfi. Skúli Skúlason (verkefnastjóri), Bjarni K. Kristjánsson, Háskólanum á Hólum, og Katja Räsänen, Dept. of Aquatic Ecology, EAWAG/Institute of Integrative Biology ETH-Zürich, stýrðu verkefninu í samstarfi við Árna Einarsson, Náttúrurannsóknastöðinni við Mývatn, og Jón S. Ólafsson, Veiðimálastofnun. Niðurstöður verkefnisins eru settar fram í doktorsritgerð við Háskóla Íslands sem er á lokastigi, meistararitgerð við Háskólann á Hólum, þremur meistararitgerðum við ETH-Zürich og meistararitgerð við University of Zürich. Niðurstöður hafa enn fremur birst í þremur ritrýndum tímaritsgreinum og fjórar slíkar greinar eru á lokastigi eða hafa verið sendar til tímarita. Auk þess hafa niðurstöður verið kynntar á mörgum íslenskum og alþjóðlegum ráðstefnum.
Listi yfir birt efni:
Tímaritsgreinar:
Seymour, M., K. Räsänen, R. Holderegger, and B.K. Kristjánsson, 2013. Connectivity in a pond system influences migration and genetic structure in threespine stickleback,EcologyandEvolution, 3: 492-502.
Karvonen, A., B. K. Kristjánsson, S. Skúlason, M. Lanki, C. Rellstab and J. Jokela, 2013. Water temperature, not fish morph, determines parasite infections of sympatric Icelandic threespine sticklebacks (Gasterosteus aculeatus. Evolution and Ecology, doi: 10.1002/ece3.568.).
Kotrschal A., K. Räsänen, B. Kristjánsson, M. Senn and N. Kolm. 2012. Extreme brain size dimorphism in sticklebacks: a consequence of the cognitive challenges of sex and parenting? PloS One 7:1-4.
Millet, A., B. K. Kristjánsson, Á. Einarsson, K. Räsänen 2013. Spatial phenotypic and genetic structure of threespine stickleback (Gasterosteus aculeatus) in a dynamic natural system, Lake Mývatn, Iceland, Journal of Evolutionary Biology (í yfirlestri hjá tímaritinu).
Senn, M, B.J. Kristjánsson and K. Räsänen. Divergence in reproductive traits of threespine stickleback inhabiting contrasting temperatures. (í vinnslu fyrir Evolution and Ecology)Millet et al., þrjú handrit í vinnslu.
Námsritgerðir:
Seymour, M. 2011. Threespine stickleback (Gasterosteus aculeatus) in Belgjarskógur, Iceland: Phenotypic and genetic divergence at a small spatial scale. M.Sc., Hólar University College.
Diethelm, T. M. 2011. Maternal investment and maternal effects in threespine stickleback (Gasterosteus aculeatus) inhabiting contrasting temperatures. M.Sc., ETH-Zürich.
Koopmans, A. 2010. Divergence in functional morphology: diet and gill raker structure in threespine stickleback (Gasterosteus aculeatus) in Lake Mývatn, Iceland. M.Sc., ETH-Zürich.
Senn M. 2010. Divergence in reproductive traits of threespine stickleback inhabiting contrasting temperatures. M.Sc., University of Zürich.
Gräzer, V. M. 2009. Adaptive divergence in reproductive traits and behaviour: Do nest site choice, maternal investment and parental care differ among three ecotypes of Icelandic threespine stickleback, Gasterosteus aculeatus? M.Sc, ETH-Zürich.
Millet, A. 2013. Eco-evolutionary responses of stickleback in space and time in Lake Mývatn. Ph.D., University of Iceland (á lokastigi).
