Vísindamenn HÍ varpa nýju ljósi á þróunartengsl og útbreiðslu þorskfiska

Vísindamenn við Háskóla Íslands hafa varpað nýju ljósi á þróunartengsl þorskfiska og útbreiðslu þeirra um heimshöfin út frá raðgreiningu á heilum erfðamengjum ýmissa tegunda þorskfiska úr Atlantshafi, Íshafi og Kyrrahafi. Vísindagrein þar sem fjallað er um niðurstöður rannsóknarinnar birtist í hinu virta tímariti Science Advances í dag. Vísindamennirnir benda á að samhliða hnattrænni hlýnun og bráðnun heimskautaíssins geti orðið frekari kynblöndun milli þorsktegunda á þessum slóðum sem muni hafa ófyrirsjáanlegar afleiðingar fyrir fjölbreytni lífvera.

Yfirskrift greinarinnar í Science Advances er „Codweb: whole-genome sequencing uncovers extensive reticulations fueling adaptation among Atlantic, Arctic, and Pacific gadids“ og eru höfundar hennar Einar Árnason, prófessor í þróunar- og stofnerfðafræði við Líf- og umhverfisvísindadeild Háskóla Íslands, og Katrín Halldórsdóttir, sérfræðingur við Líf- og umhverfisvísindastofnun skólans. Rannsóknin er hluti stærra rannsóknarverkefni, „Stofnerfðamengjafræði þorskfiska með háa frjósemi“, sem hlaut öndvegisstyrk til þriggja ára úr Rannsóknasjóði Íslands í fyrra. 

Einar og Katrín hafa um árabil helgað sig rannsóknum á erfðafræðilegri þróun þorsksins og beint sjónum sínum að náttúrulegu vali hjá þessum helsta nytjafiski Íslendinga. Samkeppni er gríðarleg á milli einstaklinga innan sömu tegundar og milli ólíkra tegunda og hún leiðir til náttúrulegs vals sem skýrir fjölbreytileika lífvera og aðlögun þeirra.

Atlantshafsþorskur kynblandaðist við tegundir í Íshafi og úr varð Alaskaufsi
Markmið rannsóknarinnar sem sagt er frá í Science Andvances var að kanna upprunatengsl og skyldleika þorsksins við systurtegundir hans, eins og ufsa, í Íshafi og Kyrrahafi, þ.e. hvernig lífveran þorskur getur numið ný búsvæði í Kyrrahafi og myndað nýjar tegundir og hvaða þátt kynblöndun á í því. Rannsókn Einars og Katrínar fólst í að raðgreina heil erfðamengi ýmissa tegunda þorskfiska úr Atlantshafi, Íshafi og Kyrrahafi og greina erfðablöndun milli þeirra. 

Greiningin leiddi í ljós að þróunarfræðilegum tengslum þorskfiska megi fremur lýsa sem tengslaneti en hefðbundnu þróunartré, að sögn höfunda. Í greininni eru þróunartengsl einstakra tegunda rakin nánar, t.d. hvernig Atlantshafsþorskur kynblandaðist við tegundir í Íshafinu og úr varð vagleygði ufsi eða Alaskaufsi eins og sjá má í mynbandinu hér að neðan. „Sá eiginleiki þorskfiska að geta numið ný búsvæði og vaxið og dafnað og orðið ríkjandi í vistkerfinu er líklega tilkominn vegna gena sem þeir hafa fengið með kynblöndun milli tegunda, sem gefur erfðabreytileika sem leyfir aðlögun að nýjum aðstæðum. Slík aðlögun er líklega grunnurinn að vistfræðilegri velgengni þorskfiska og sú velgengni er undirstaða getu þeirra til að vera mikilvægustu fiskveiðistofnar heimsins,“ segir Einar.

Þróun, innleiðing, kynblöndun og innlimun gena meðal þorskfiska  

Þorskfiskar eru tegundir sem einkennast af mikilli vistfræðilegri velgengni og sú velgengni er undirstaða getu þeirra til að vera mikilvægustu fiskveiðistofnar, þar á meðal í Norður-Atlantshafi og Norður-Kyrrahafi. Sá eiginleiki þeirra að geta numið ný búsvæði og vaxið og dafnað og orðið ríkjandi í vistkerfininu er líklega tilkominn vegna gena sem þeir hafa fengið með kynblöndun milli tegunda, sem gefur erfðabreytileika sem leyfir aðlögun að nýjum aðstæðum.

Fyrir nokkrum milljónum ára nam forfaðir Atlantshafsþorskins nýtt búsvæði í Kyrrahafi og þróaðist í Kyrrahafsþorskinn. Skömmu síðar nam forfaðir Atlantshafsþorskins aftur búsvæði í Kyrrahafi og þróaðist í vagleygða ufsa sem einnig er kallaður Alaskaufsi. Þessi lífvera breytti um vist með því að ná í gen með kynblöndun frá öðrum tegundum. Löngu síðar kom Kyrrahafsþorskurinn til baka og nam búsvæði við Vestur-Grænland og þróaðist í fjarðaþorsk við Grænland, einnig með því að fá gen með kynblöndun við aðrar tegundir, einkum Atlantshafsþorsk.