Orsakaþættir æxlunarlegrar einangrunar í samsvæða afbrigðum bleikju - verkefni lokið
Fréttatilkynning verkefnisstjóra
Þingvallavatn varð til við lok
síðustu ísaldar fyrir u.þ.b. 10-11þúsund árum en þrátt fyrir lágan aldur má nú finna í
vatninu fjögur afbrigði bleikju. Afbrigðin eru mjög ólík hvað varðar lífsferla, sköpulag og
atferli sem gefur til kynna hraða aðlögun að mismunandi vistum og að fram séu komnir æxlunartálmar
sem ýta undir þessa þróun. Í
þessu verkefni beindust rannsóknir okkar sérstaklega að
minni afbrigðunum tveimur, murtu og dvergbleikju, en þrátt fyrir að vera mjög
ólík hvað svipfar og búsvæðaval snertir þá skarast
hrygning þeirra verulega í tíma og rúmi og möguleikar á
að þau geti æxlast saman því opnir.
Meginmarkmið rannsóknanna var að kanna hvernig murtan
og dvergbleikjan geta viðhaldið
einkennum sínum þrátt fyrir möguleika á kynblöndun með
tilheyrandi genaflæði. Niðurstöður
okkar gefa til kynna að myndin sé flókin og að til
staðar séu æxlunartálmar sem bæði verka á
atburðarás æxlunar fyrir frjóvgun (t.d. mismunandi
mökunarhegðun) og á ferli sem taka við
eftir frjóvgun (t.d. val gegn kynblendingum). Í fyrsta
lagi sáum við að ætluð skörun á tíma og
staðsetningu er líklega minni en álitið var. Þá sýndu
niðurstöður úr mökunartilraunum flókið
mynstur þar sem dvergbleikjuhængar mökuðust eingöngu
með dvergbleikjuhrygnum en
murtuhængar mökuðust með hrygnum beggja afbrigða sem
þýðir möguleika á genaflæði frá
murtu til dvergbleikju. Enginn munur var á
frjóvgunarhlutfalli eða lífslíkum hreinræktaðra og
kynblandaðra afkvæma. Þó svo að ljóst sé að munur á
svipfari afbrigðanna sé að mestu leyti
afleiða mismunandi vaxtarferla virðist breytileiki
svipfarseinkenna eins og lögunar, efnaskipta
og atferlis, innan afbrigða vera óháður vexti. T.d. uxu
kynblendingar murtu og dvergbleikju
hægt líkt og dverbleikjuafkvæmi en sköpulag þeirra var
blandað. Niðurstöður rannsóknanna
styðja að einhverju leyti við þá tilgátu að valið sé
gegn kynblendingum murtu og dvergbleikju.
Niðurstöður okkar eru nýtt innlegg í umræðu um og
rannsóknir á fyrstu stigum afbrigða og
tegundamyndunar bleikju í Þingvallavatni. Þessar
niðurstöður eru mikilvægar við að móta
stefnu um nýtigu og verndun bleikjuafbrigða í vatninu
og geta haft þýðingu fyrir önnur
sambærileg kerfi.
English:
The evolution and maintenance of
reproductive barriers is a central topic in evolutionary biology as this is a fundamental part
of the process of speciation in sexually reproducing species. As with most research on
evolution, studies of speciation are difficult and the details of underlying mechanisms are often
poorly understood. Systems where closely related species or populations of the same
species that have undergone adaptive divergence, come into contact are natural test beds for
research on this topic. The Arctic charr of Thingvallavatn is ideally suited for such
studies. The lake was formed at the end of the last glacial epoch just 11-10 thousand years ago
and despite its young age it now harbors four morphs of Arctic charr whose distinct
variation in life history characteristics, behavior and trophic morphology suggest rapid adaptive
diversification, possibly followed by or causing build-up of reproductive barriers. In this
project we focused on the most curious morph pair the small benthic (SB) and the planktivorous
(PL) morph, which, while being greatly phenotypically differentiated along classical
limnetic (open water)-benthic (lake bottom) ecological axis, still overlap partially in
timing and locations of spawning. Our main
objective was
to investigate how the phenotypic integrity of these sympatric morphs is
maintained in the face of potential gene flow. Our
results suggest a complex picture where
both pre- and post-zygotic mechanisms (i.e. events
occurring before and after the formation
of the zygote) of reproductive isolation are at play.
First, we discovered that there were
limited spatiotemporal overlaps in the mating of PL-
and SB-charr, which suggests that gene
flow might be significantly prevented by subtle
differences in site selection and/or timing of
spawning. Second, the results from our mate choice
trials revealed potentials for complex
mating patterns resulting in unidirectional gene flow:
SB males only managed to mate with
females of their own morph, whereas PL males mated with
both SB and PL females. Third,
we found no difference in fertilization success or
early larval survival between the pure morph
and hybrid progeny. Although various phenotypic
differences among morphs emerge through
different growth patterns growth appears to be
independent from other traits related to
morphology, metabolism and behaviour within morphs.
Interestingly, PL-SB hybrids grew as
slow as the smallest morph (SB) and are intermediate in
their morphology. Together our
results modestly supports the hypothesis of ecological
selection against hybrids. Our studies
reveal key new information on early stages of adaptive
divergence and potentially speciation
in the Thingvallavatn Arctic charr system. Potentially,
these findings have important bearing
on how this and other such systems are managed and
protected.
Outputs: Two graduate students will obtain their degree. Lieke
Ponsioen completed her MSc thesis in 2020 and Quentin Horta-Lacueva is expected to
defend his PhD by the end of 2021. One published article and two manuscripts have resulted
so from this project. We are currently working on two more articles focusing on
WP2 (running title: Molecular signatures of canalization unravel Arctic charr evolution) and WP
3 and 4 (running title: Pre-zygotic mechanisms of reproductive isolation in sympatric
Arctic charr from Thingvallavatn). All manuscripts are available on bio archive.
Heiti verkefnis: Orsakaþættir
æxlunarlegrar einangrunar í samsvæða afbrigðum bleikju/Evolution of
reproductive barriers in sympatric Arctic charr morphs
Verkefnisstjóri: Sigurður
Sveinn Snorrason, Háskóla Íslands
Tegund styrks: Verkefnisstyrkur
Styrktímabil: 2017-2019
Fjárhæð styrks: 56,249 millj. kr. alls
Tilvísunarnúmer Rannís: 173802
