En ny genetisk studie av den bräckvattenlevande gäddan i Östersjön visar att den etablerade uppfattningen att gäddor är stationära fiskar inte stämmer. Under 4 år har Lovisa Wennerström vid Zoologiska institutionen fångat 662 gäddor i hela Östersjön och jämfört deras DNA.

– Vi har kunnat visa att en del gäddor rör sig över mycket stora avstånd. Till exempel är några fiskar vi fångat utanför Finland nära släkt med gäddor fångade i Stockholms skärgård, säger Lovisa Wennerström, doktorand vid Zoologiska institutionen på Stockholms universitet och författare till studien.

Hon fortsätter:

– De nya resultaten innebär att vi i vissa fall bör betrakta hela Östersjön som ett stort system i förvaltningen av gäddan. Skydd av enskilda bestånd och lokala områden behöver kombineras med ett större geografiskt betraktelsesätt.

Resultaten presenteras i doktorsavhandlingen ”Population genetic patterns in continuous environments in relation to conservation management” den 16 september. Förutom den detaljerade studien av gädda har Lovisa Wennerström tillsammans med kolleger kartlagt flera andra arter i Östersjön och granskat vilken genetisk information som finns och hur denna information används i förvaltning.

– Genetisk analys är ett otroligt användbart verktyg för att hitta olika grupperingar som vi kan använda oss av när vi till exempel bestämmer fiskekvoter, och det har redan gett genomslag i förvaltningen av till exempel säl och torsk. Den tekniska utvecklingen under senare år innebär även att det varken är särskilt dyrt eller krångligt att göra genetiska studier, säger Lovisa Wennerström.

Storrödingen betraktas idag som akut hotad och i Vättern har beståndet minskat kraftigt sedan 1950-talet. Även om åtgärder mot överfiske och inplanterade konkurrenter har under senare år förbättrat läget för vätterrödingen något, men nu hotas rödingen också av ett varmare klimat, skriver Högskolan i Skövde i ett pressmeddelande.

De varma vintrarna har gjort det svårare för rödingen att hitta föda, och det gäller både nykläckta yngel och större fiskar. Detta visar en studie som letts av Tomas Jonsson, lektor i teoretisk ekologi vid Högskolan i Skövde.

Det finns idag många exempel på växter och djur som har påverkats direkt av klimatförändringarna. Att förutspå effekten av ett varmare klimat på t.ex. ett rovdjur är dock komplicerat, eftersom nettoeffekten påverkas av hur andra organismer i näringsväven reagerar. En ny studie som visar att varma vintrar har slagit hårt mot vätterrödingen, både som litet yngel och som vuxen, är ett av få exempel där effekterna av flera samverkande mekanismer har klarlagts.

– Vad jag känner till är det här den första undersökningen som rör både direkta och indirekta klimateffekter på en toppredator i sötvatten, säger Tomas Jonsson, lektor i teoretisk ekologi vid Högskolan i Skövde, som har lett studien.

Studien bygger på en analys av fångst- och klimatdata som har samlats in sedan början av 1900-talet, samt goda kunskaper om näringsväven, dvs. vem som äter vad, i Vättern. Varma vintrar visade sig följas av år med sämre rödingsfångster, med fem till sex års fördröjning. Omkring fyra år efter en riktig isvinter var rödingfångsterna i stället ovanligt goda. Fångststatistiken visar också att siklöjan, som tidigare var det viktigaste bytet för fullvuxen röding, har gått tillbaka kraftigt under de senaste 25 åren.

Förklaringen till trenderna i fångststatistiken är enligt studien att varmare vintrar leder till ekologiska felanpassningar som slår mot rödingen i två av dess åldersklasser: Under varma vintrar utvecklas rödingrommen snabbare och kläcks helt enkelt för tidigt och ynglen hinner då förbruka sina näringsreserver innan tillgången på föda, djurplankton, har blivit god i sjön. Äldre rödingar påverkas samtidigt indirekt, genom att även siklöjans rom kläcks för tidigt, vilket kraftigt minskar tillgången på detta viktiga bytesdjur.

Att rödingen hittills inte verkar ha anpassat äggkläckningstidpunkten till de senaste 25 årens varmare klimat tyder på att genetisk variation för denna egenskap saknas eller är otillräcklig. Eftersom eventuella åtgärder för att minska klimatförändringarna verkar långsamt kan det bästa sättet att hjälpa storrödingen att klara klimatförändringarna vara att hjälpa beståndet att växa. Ett växande bestånd får större genetisk variation, och därmed bättre möjligheter att anpassa sig till ändrade förhållanden.

– Det kan låta bakvänt, men om vi tar hotet från uppvärmningen på allvar bör förvaltningen av vätterrödingen fokusera på andra faktorer som stressar beståndet. Det handlar bland annat om att begränsa predation på rom av inplanterade kräftor och konkurrens från inplanterad lax samt att undvika för stort uttag från yrkes- och fritidsfiske, säger Tomas Jonsson.

Ända sedan medeltiden har vi skilt på sill och strömming men det är först nu som forskare fått fram vetenskapliga bevis för att de är genetiskt olika. Sillen är en av världens mest individrika fiskar och har en enorm ekologisk och ekonomisk betydelse. Anledningen till att sillen utgör en så ofantlig biomassa är att den lever ute i öppna havet direkt på plankton. Under en lång tid av Sveriges historia var sill och strömming en helt avgörande födoresurs och en viktig exportvara. Sverige skulle inte vara det land det är idag om inte vi haft denna rika tillgång på sill och strömming.

Ända sedan medeltiden har vi kallat den sill som fångas norr om Kalmar sund för strömming, eftersom den avviker från den sill som fångas i södra Östersjön och i Västerhavet. Strömmingen är mindre till storleken och mindre fet. Linné klassificerade strömmingen som en underart till sillen. Fiskeribiologer delar upp sill och strömming i olika bestånd och använder dessa klassificeringar när man bestämmer fiskekvoter.
Tidigare studier har indikerat mycket små genetiska skillnader eller inga alls mellan olika bestånd. Kan det vara så att det egentligen bara finns en gigantisk sill population och att de skillnader vi ser beror på miljöfaktorer, till exempel stora skillnader i salthalt? För att besvara denna fråga använde forskarna modern DNA-sekvensering.

– Våra resultat visar att för de allra flesta generna så hittar vi inga signifikanta skillnader alls mellan sill och strömming eller mellan olika bestånd av sill eller strömming. Detta visar att all sill och strömming vi studerat är mycket nära släkt. Men för några procent av generna hittar vi mycket tydliga skillnader, inte bara mellan sill och strömming utan också mellan olika bestånd av sill och strömming, berättar Leif Andersson, professor i funktionsgenomik vid Uppsala universitet och professor i sjukdomsgenetik vid SLU.

– Vår samlade analys visar att de skillnader vi hittar måste bero på naturlig selektion och genetisk anpassning till lokala miljöförhållanden. Studien indikerar att sill och strömming kan bli en unik modell för att studera genetisk anpassning tack vare att den ofantliga populationsstorleken som innebär att den slumpmässiga förändringen av genfrekvenser blir minimal, säger Leif Andersson.

De prover som nu har analyserats insamlades för drygt trettio år sedan som en del av Leif Anderssons examensarbete under handledning av docent (numera professor) Nils Ryman, som också är medförfattare på den nya studien. När de analyserade dessa prover för 30 år sedan kunde de använda 13 genetiska markörer, vilket var förnämligt på den tiden. I den studie som publiceras idag har de använt mer än 400,000 genetiska markörer vilket gav en helt annan genetisk upplösning.

– Vår studie är ett fint exempel på hur den kraftfulla teknik som främst utvecklats för medicinsk forskning revolutionerar all sorts biologisk forskning, säger Leif Andersson. Det faktum att proverna insamlades för drygt 30 år sedan gör det nu möjligt att studera om det under denna period skett genetiska förändringar beroende på förändrade miljöförhållanden (till exempel mildare vintrar) eller förändrat fisketryck.

En förutsättning för en effektiv förvaltning av fiskbestånd är en detaljerad kunskap om artens populationsstruktur, det vill säga vilka bestånd det finns och hur de utvecklas över tiden.

– Det är vår förhoppning att våra resultat nu kan komma till praktisk nytta för att bättre skatta beståndsutvecklingen i Östersjön och Västerhavet och på så sätt bidra till en ansvarsfull förvaltning av den otroligt viktiga naturresurs som sill och strömming utgör, avslutar Leif Andersson.

Den ekologiska forskningen utgår från ett antal ”sanningar”, till exempel att rovdjur genom sin konsumtion minskar mängden bytesdjur, att rovdjur som lever på samma byten påverkar varandra negativt och att ökad tillgång på bytesdjurens föda alltid gynnar rovdjuren. I en nyligen publicerad artikel i tidskriften Ecology presenterar professor Lennart Persson vid Umeå universitet tillsammans med forskarkollegan professor André de Roos vid Amsterdams universitet en ny ekologisk teori. Den visar att dessa vedertagna sanningar bara gäller i det undantagsfall då olika stora individer i en population utnyttjar födan lika effektivt.

– Enkelt uttryckt bestäms en individs effektivitet i att utnyttja födan av hur mycket energi den kan inta jämfört med hur stora ”energikostnader” den har för ämnesomsättningen, säger Lennart Persson. Vi visar nu att ekologisk teoris vedertagna sanningar bara gäller under ett speciellt förhållande nämligen när födointag och kostnader för ämnesomsättning ökar lika fort med individens kroppsvikt.

I alla andra fall, som i själva verket är mycket vanligare, uppkommer helt nya ekologiska fenomen, visar de båda forskarna. Ett exempel är att rovdjur som lever av bytesdjur i tidiga utvecklingsstadier, till exempel småfisk, genom att jaga och äta dem faktiskt kan öka mängden av dessa byten.

Ett annat exempel är att rovdjursarter som lever på samma bytesart, men i olika utvecklingsstadier av djuren, kan underlätta varandras existens. Ett tredje exempel är att när ett rovdjurs byten får ökad tillgång på föda kan det leda till att rovdjuret slås ut.

Att rovdjur paradoxalt nog kan öka mängden av de bytesdjur det lever på visades i ett helsjöförsök i en nordnorsk sjö, där rovfisken örings konsumtion av små rödingar faktiskt ledde till ökad mängd av dessa små rödingar. Det beror på att öringens konsumtion orsakade uttunning av långsamt växande rödingindivider som producerar få romkorn. Det ledde till ökad tillväxt hos kvarvarande rödingar som producerar mycket romkorn, vilket ökade mängden av de små rödingar som öringen lever av.

– En slutsats man kan dra av detta är att fiske av en bytesfisk faktiskt kan göra det lättare för ett utfiskat rovfiskbestånd att återhämta sig, säger Lennart Persson. Det är en metod som diskuterats när det gäller torsken i Östersjön.

Olika förmåga att tillgodogöra sig föda effektivt hos olika stora individer leder också till en typ av populationscykler som inte beskrivs i klassisk ekologisk teori, enligt forskarna. Dessa är vanligare i naturen än de rovdjurs-bytescykler, till exempel gnagarcykler, som hittills beskrivits i litteraturen. Till exempel drivs många av de cykler som observerats i fiskbestånd, såsom siklöjepopulationer, av skillnader mellan olika stora individer i hur effektivt de utnyttjar energin i födan.

– Vi förväntar oss att vår nya teori kommer att ha omvälvande konsekvenser både för den ekologiska grundforskningen och för tillämpningar, exempelvis beskattningsstrategier för fiskbestånd, säger Lennart Persson.

Videoföreläsningar
Vidare information finns i en videoföresläsning med titeln Symmetry breaking in ecological systems through different energetic efficiencies of juveniles and adults – a new paradigm unfolds? där de viktigaste aspekterna av den nya teorin tas upp, och i fyrawebföreläsningar där André De Roos tar upp de mest framträdande resultaten från boken.

Läs mer
Lennart Persson and André M. De Roos. 2013. Symmetry breaking in ecological systems through different energy efficiencies of juveniles and adults. Ecology 94:1487–1498. http://dx.doi.org/10.1890/12-1883.1

Mer information om den nya teorin finns i boken Population and Community Ecology of Ontogenetic Development som nyligen publicerats av Princeton University Press.