Eru bleikjuafbrigði í Þingvallavatni að þróast í nýjar tegundir?
Ný rannsókn íslenskra vísindamanna leiðir í ljós að erfðamunur er á þremur afbrigðum bleikju í Þingvallavatni sem gæti verið vísbending um fyrstu stig myndunar nýrra tegunda. Sagt er frá niðurstöðum rannsóknarinnar í nýjustu útgáfu vísindatímaritsins Ecology and Evolution.
Frá því að ísaldarjökull lyftist af Íslandi og hörfaði af svæðinu við Þingvallavatn undir lok síðustu ísaldar, fyrir um 10-12 þúsund árum, og bleikja synti fyrst upp í vatnið hefur tegundin þróast í nokkur afbrigði sem eru ólík í útliti, stærð, atferli og lifnaðarháttum.
Menn hafa lengi vitað um þennan breytileika bleikjunnar í vatninu en fyrstur manna til að rannsaka hvers eðlis hann væri var Bjarni Sæmundsson um aldamótin 1900. Nokkru síðar átti Árni Friðriksson eftir að taka upp þráðinn. Báðir hylltust þeir að því að sum þessara afbrigða væru sérstakar tegundir. Á níunda áratugnum fóru í gang rannsóknir á bleikjunni þar sem áhersla var lögð á að veiða í öllum búsvæðum vatnsins og að ná sýnum af öllum aldurs- og stærðarhópum. Á grundvelli þessara rannsókna voru skilgreind fjögur mismunandi afbrigði bleikju í vatninu. Þau nefnast murta, kuðungableikja, dvergbleikja og sílableikja og eru ólík hvað snertir litamynstur, sköpulag, vaxtarferla, stærð og aldur við kynþroska, og búsvæða- og fæðuval.
Ekki er óalgengt að afbrigði hafi myndast meðal ferskvatnsfiska á norðurslóðum og er þá oftast um að ræða tvö afbrigði sem nýta mismunandi fæðu og búsvæði. Nú eru í gangi fjöldi rannsókna sem miðar að því að kanna hvers eðlis slík afbrigði eru, þ.e.a.s. hvort um sé að ræða erfðafræðilegan aðskilnað eða að afbrigðin komi fram í hverri kynslóð sem svar við mismunandi umhverfisaðstæðum í uppvexti. Á breiðari grundvelli snúa þessar rannsóknir einnig að því varpa ljósi á ferli aðlögunar að nýjum umhverfisaðstæðum og þátt slíkrar aðlögunar í myndun afbrigða og tegunda. Slíkar rannsóknir eru því mikilvægar í ljósi þeirra hröðu umhverfisbreytinga sem nú eiga sér stað.
Framfarir á sviði sameindalíffræði hafa á allra síðustu árum opnað alveg nýjar leiðir til að nálgast spurningar um aðlögun og myndun afbrigða og tegunda. Í rannsókn vísindamannanna, sem sagt er frá í Ecology and Evoloution, var rýnt í erfðaefni þriggja afbrigðanna, murtu, kuðungableikju og dvergbleikju, með það fyrir augum að kanna erfðabreytileika milli þeirra og reyna að komast að því hvaða gen og þroskunarferlar tengjast þróun mismundandi afbrigða. Beitt var aðferðum sameindaerfðafræði, sérstaklega aðferðum sem þar sem skoðuð eru afrit af tugþúsundum gena í hverju sýni. Þannig er hægt að skoða hvenær á þroskaskeiði viss gen eru virk og í hvaða vefjum. Einnig er hægt að skoða erfðabreytileika milli einstaklinga, í þessu tilfelli milli afbrigðanna þriggja af bleikju.
Þrjú afbrigði bleikjunnar verið erfðafræðilega aðskilin í fjölda kynslóða
Rannsóknin leiddi í ljós að murtan, kuðungableikjan og dvergbleikjan eru erfðafræðilega aðskilin og virðast hafa verið það í fjölda kynslóða. Munurinn á afbrigðunum birtist t.d. í því að tiltekin stökkbreyting í erfðaefninu er algengari í einu afbrigði en öðru. Af þeim um 20.000 stökkbreytingum sem greindar voru í rannsókninni sýndu rúmlega 2.000 umtalsverðan mun á milli afbrigðanna. Þessar stökkbreytingar fundust á öllum litningum bleikjunnar, sem bendir til að afbrigðin hafi verið aðskilin í umtalsverðan tíma. Önnur gögn sýna enn fremur að sílableikjan, fjórða afbrigðið, aðgreinist ekki jafn skýrt og hin þrjú. Henni svipar helst til murtu en takmarkanir gagnanna koma í veg fyrir sterkar ályktanir. Nánari rannsóknir gætu skýrt hvort sílableikjur séu einfaldlega murtur sem læra að borða hornsíli eða hvort þær séu mjög nýlegt afbrigði með vægan erfðafræðilegan aðskilnað frá murtunni.
Rannsóknin sýndi einnig að dvergbleikjan og kuðungableikjan eru skyldari hvor annari en murtan fjarskyldari, sem að sögn vísindamannanna endurspeglar vistfræði þeirra, en bæði kuðungableikja og dvergableikja hafast við og nærast á smádýrum á strandbotni Þingvallavatns en murta lifir á sviflægum krabbadýrum í vatnsbolnum.
Framfarir á sviði sameindalíffræði hafa á allra síðustu árum opnað alveg nýjar leiðir til að nálgast spurningar um aðlögun og myndun afbrigða og tegunda. Í rannsókn vísindamannanna, sem sagt er frá í Ecology and Evoloution, var rýnt í erfðaefni þriggja afbrigðanna, murtu, kuðungableikju og dvergbleikju, með það fyrir augum að kanna erfðabreytileika milli þeirra og reyna að komast að því hvaða gen og þroskunarferlar tengjast þróun mismundandi afbrigða.
Myndun tegunda tekur skemmri tíma en áður var talið
Vísindamannahópurinn ályktar að með hliðsjón af erfðamuninum, sem fram kemur í rannsókninni, og öðrum þáttum gæti verið um fyrstu stig myndunar tegunda að ræða. Tegundir myndast þegar stofn ákveðinnar lífveru klofnar upp í tvo eða fleiri hópa, oftast eftir landfræðilegan aðskilnað en jafnvel einnig vegna sérhæfingar að ólíkum búsvæðum innan sama svæðis, t.d. vatns eða vatnakerfis. Þegar hóparnir hafa tekið miklum breytingum yfir margar kynslóðir, í útliti, lifnaðarháttum og erfðasamsetningu, getur ólíkur hrygningartími eða mismunur á mökunaratferli komið í veg fyrir að afbrigði æxlist saman og jafnvel þótt einhver brögð séu að því þá getur verið að blendingsafkvæmi, sem þannig eru komin til, séu ólíklegri til að lifa af og ná að geta af sér afkvæmi. Sé þetta raunin er talað um að hóparnir séu orðnir aðskildir.
Lengi var talið að myndun tegunda tæki árþúsundir eða milljónir ára en nýlegar rannsóknir sýna að stofnar lífvera geta þróast mjög hratt og þessi rannsókn bendir til þess að þeir geti jafnvel aðskilist í ólíkar gerðir innan sama vatnakerfis á tiltölulega stuttum tíma. Hversu lengi bleikjuafbrigðin í Þingvallavatni standast tímans tönn er óvisst en full ástæða er til að hafa áhyggjur ýmsum hraðfara breytingum á umhverfinu eins og hækkandi hitastigi.
Fjölbreytni lífríkisins hefur heillað mannkyn frá örófi alda en með aðferðum nútímavísinda er mögulegt að rannsaka uppsprettur þessarar fjölbreytni og kraftana sem skapa hana og móta. Það hve lífríki Íslands er tiltölulega ungt og landfræðilega einangrað býður upp á einstök tækifæri til að rannsaka fyrstu skref í myndun líffræðilegs fjölbreytileika, þróun afbrigða og tegunda.
Að rannsókninni stendur hópur vísindmanna við Háskóla Íslands og Hafrannsóknastofnun auk fyrrverandi nemenda Háskólans. Fyrsti höfundur greinarinnar er Jóhannes Guðbrandsson, starfsmaður Hafrannsóknastofnunar, sem nýverið lauk doktorsprófi frá Háskóla Íslands. Auk hans koma þau Kalina H. Kapralova , Sigurður S. Snorrason, Arnar Pálsson, Zophonías O. Jónsson, Sigríður R. Franzdóttir, sem öll starfa við Líf- og umhverfisvísindadeild Háskóla Íslands, að rannsókninni ásamt Þóru Margréti Bergsveinsdóttur, nema við Uppsalaháskóla, og Völundi Hafstað, nema við Háskólann í Lundi.
Rannsóknina má nálgast á vefnum
Við þetta má bæta a einn aðstandandi rannsóknarinnar, Kalina H. Kapralova, vann í samvinnu við meistaranemann Edite Fiskoviča stutta heimildamynd um æxlun bleikjunnar í Þingvallavatni. Myndina má finna á YouTube.
