pobierz plik - Wydział Biologii UW

Autoreferat
Genetyczne podstawy restytucji populacji szczupaka, sandacza i zostery
morskiej w Zatoce Puckiej
mgr Magdalena (Gonciarz) Płecha
Instytut Genetyki i Biotechnologii, Wydział Biologii, Uniwersytet Warszawski
Promotor:
Prof. dr. hab. Piotr Węgleński
Centrum Nowych Technologii, Uniwersytet Warszawski
Promotor pomocniczy:
dr hab. Anna Stanković†
Recenzenci:
Prof. dr hab. Emilia Brzosko
Zakład Ekologii Roślin, Instytut Biologii, Uniwersytet w Białymstoku
Prof. dr hab. Jacek Wolnicki
Instytut Rybactwa Śródlądowego im. St. Sakowicza w Olsztynie, Zakład Rybactwa Stawowego w
Żabiencu
Zatoka Pucka stanowi siedlisko dla wielu gatunków ryb słonawowodnych i migrujących,
w tym gatunków o dużym znaczeniu gospodarczym. Począwszy od lat 70-tych XX wieku,
warunki środowiskowe w Zatoce Puckiej ulegały stopniowemu pogarszaniu, co spowodowało
zmiany w zespołach żyjących tam organizmów zwierzęcych i roślinnych.
Szczupak (Esox lucius) i sandacz (Sander lucioperca), dominujące gatunki ryb
drapieżnych, zostały zastąpione gatunkami należącymi do rzędu ciernikokształtnych
(Gasterosteiformes) i babkowatych (Gobiidae), określanych mianem ryb „chwastów”.
Populacja szczupaka uległa całkowitemu zanikowi, a populacja sandacza silnej redukcji.
Jednym z powodów była dewastacja łąk podwodnych w następstwie pozyskiwania roślinności
wodnej do produkcji agaru. Łąki podwodne stanowią główne miejsca tarła oraz schronienia i
żerowania młodych osobników ryb, a ich kluczowym makrofitem w Zatoce Puckiej jest zostera
morska (Zostera marina).
Pogarszający się stan ekosystemu Zatoki Puckiej spowodował zaniepokojenie lokalnych
środowisk ekologów i rybaków, a także władz samorządowych. W 2010 roku podjęto decyzję
o rozpoczęciu programu kompleksowej restytucji ekosystemu Zatoki Puckiej „Restytucja
kluczowych elementów ekosystemu Zatoki Puckiej wewnętrznej - ZOSTERA”. W projekcie
tym przewidziano odbudowę populacji szczupaka oraz sandacza, a w celu zwiększenia szansy
odtworzenia populacji tych cennych gatunków, również restytucję populacji zostery morskiej.
Podstawowym warunkiem powodzenia tego rodzaju projektów jest wykonanie analiz
genetycznych, których wyniki pozwoliłyby na ustalenie poziomu zmienności genetycznej
odnawianych populacji oraz identyfikację naturalnych populacji ryb, które stanowić mogłyby
źródło osobników do stad tarłowych. Niniejsza praca jest odpowiedzią na oczekiwania
samorządów miejscowości położonych nad Zatoką Pucką i środowisk rybackich tego rejonu,
istotnie zainteresowanych restytucją populacji ważnych gospodarczo ryb i przywrócenia
równowagi ekosystemu Zatoki.
W ramach pracy, korzystając z materiałów archiwalnych (łuski ryb), zbadano
polimorfizm genetyczny populacji szczupaka występującej w Zatoce Puckiej w okresie
poprzedzającym wyginięcie tej populacji. Następnie przeprowadzono analizy mające na celu
wytypowanie najbliższej genetycznie populacji szczupaka, która mogłaby stanowić źródło
materiału zarybieniowego. Pod tym samym kątem prowadzono analizy genetyczne ginącej
populacji sandacza. Postanowiono też przeprowadzić analizy genetyczne populacji zostery
morskiej, której łąki podwodne są miejscem składania ikry przez tarlaki obu badanych
gatunków i zapewniają odpowiednie warunki środowiskowe dla rozwoju młodych osobników
ryb.
W badaniach wykorzystano trzy rodzaje markerów molekularnych. Dla każdego
z badanych gatunków, szczupaka, sandacza i zostery morskiej opracowano po dwa zestawy
multipleksowe loci mikrosatelitarnych (msDNA). Przeprowadzono też analizy zmienności
mitochondrialnego DNA (mtDNA) szczupaka oraz markerów AFLP zostery morskiej.
Zbadano polimorfizm i zróżnicowanie genetyczne archiwalnej populacji szczupaka
z Zatoki Puckiej (1960 - 1970) oraz 15 innych populacji współczesnych tego gatunku.
Stwierdzono, że większość populacji szczupaka charakteryzuje się umiarkowanym poziomem
polimorfizmu. Najbardziej polimorficzna okazała się wymarła obecnie populacja z Zatoki
Puckiej. Na podstawie analiz wytypowano najbliższą genetycznie, obecnie żyjącą populację
szczupaka, która stanowiła źródło osobników do stad tarłowych. Jest to populacja z ujścia rzeki
Motławy. Ukazana struktura genetyczna współczesnych populacji szczupaka, występujących
w wodach słodkich i słonawych Polski oraz Niemiec, wskazuje na brak dużego zróżnicowania
między populacjami obu środowisk. Uzyskany obraz struktury genetycznej może być
następstwem wpływu niekontrolowanej dotąd gospodarki zarybieniowej, która doprowadziła
w większości przypadków do utracenia lokalnej zmienności genetycznej. Innym powodem
może być także względnie nieduże zróżnicowanie genetyczne populacji szczupaka w Europie.
Przedstawione wyniki będą miały znaczenie w planach zarządzania zasobami naturalnymi tego
gatunku w Polsce. Na podstawie analizy zmienności sekwencji fragmentu regionu kontrolnego
mtDNA szczupaka, obejmującej zarówno populacje, dla których posiadano własne dane
o polimorfizmie markerów msDNA, jak i dane literaturowe dotyczące innych populacji
europejskich, stwierdzono obecność dwóch dominujących haplotypów oraz brak wyraźnej
struktury filogeograficznej populacji szczupaka w Europie. Analiza ta potwierdziła niewielkie
zróżnicowanie genetyczne europejskich populacji tego gatunku.
Na podstawie analizy 12 loci msDNA zbadano polimorfizm i zróżnicowanie genetyczne
populacji sandacza z Zatoki Puckiej, a także 16 innych słonawo- i słodkowodnych
współczesnych populacji tego gatunku oraz ukazano ich strukturę genetyczną. Populacje te
charakteryzują się niskim poziomem polimorfizmu, z największą jego wartością uzyskaną
w przypadku resztkowej populacji Zatoki Puckiej. Stwierdzono również, że pierwotnie
wytypowane populacje z Wisły Śmiałej oraz Martwej nie będą stanowiły odpowiedniego
źródła osobników do stad tarłowych, tworzonych w celu wsparcia szczątkowej populacji
naturalnej Zatoki Puckiej, pomimo że są to populacje z nią geograficznie sąsiadujące.
Najbliższymi genetycznie populacjami okazały się występujące w jeziorach Resku
Przymorskim i Jamnie oraz Zalewie Wiślanym (część wschodnia). Najwyższy w grupie
badanych populacji polimorfizm genetyczny oraz wartość efektywnej wielkości populacji
naturalnej sandacza z Zatoki Puckiej (NE = 61,5) wskazują, że jej osobniki charakteryzują się
wystarczającym
potencjałem
adaptacyjnym,
aby
w
przyszłości
mieć
szanse
na
samoodtwarzanie swojej liczebności, jeśli zadba się o ochronę i odbudowę ich naturalnych
tarlisk. Zatem zarybienia powinno się prowadzić w oparciu o materiał lokalny lub, jeśli będzie
to konieczne, pozyskiwać osobniki do stad tarłowych z wytypowanych na podstawie analiz
genetycznych w/w populacji. Ukazana struktura genetyczna współczesnych populacji
sandacza, występujących w wodach słodkich i słonawych Polski oraz Niemiec, wskazuje na
brak dużego zróżnicowania między populacjami obu środowisk. Może to wskazywać,
podobnie jak w przypadku populacji szczupaka, na utracenie różnorodności genetycznej przez
naturalne populacje sandacza w Polsce w wyniku wieloletnich, niekontrolowanych praktyk
zarybieniowych. Zaobserwowano jednak, że populacje z Zalewów Szczecińskiego oraz
Wiślanego charakteryzują się strukturą wewnętrzną, która najprawdopodobniej związana jest
z biologią sandacza.
W ramach niniejszej pracy wykonano analizy genetyczne materiału hodowlanego
wykorzystywanego obecnie do zarybień oraz analizy genetyczne odnawianej populacji
szczupaka i sandacza z Zatoki Puckiej. Analiza stad tarłowych szczupaka, pozyskanych
młodych osobników ryb oraz populacji odnawianej Zatoki Puckiej (2010 - 2014) wykazała, że
polimorfizm genetyczny tej populacji został zachowany na odpowiednim poziomie,
a efektywna wielkość populacji jest wystarczająca, aby jej osobniki zachowały potencjał
adaptacyjny (NE = 99). Stwierdzono również, że zróżnicowanie genetyczne tarlaków i
populacji odnawianej jest niewielkie, co świadczy o prawidłowym prowadzeniu hodowli
szczupaka. Uzyskane wyniki wskazują, że różnorodność genetyczna odnawianej w latach 2010
- 2014 populacji szczupaka wzrasta w porównaniu do populacji, żyjącej tam w latach 1960 1970. Ma ona prawdopodobnie szanse na utworzenie stabilnej populacji, jeśli zadba się
o ochronę i odbudowę jej naturalnych tarlisk.
Analiza stad tarłowych sandacza, wywodzących się z osobników populacji Wisły
Śmiałej oraz Martwej i pozyskanych młodych osobników ryb pokazała, że hodowla a także
sztuczne tarło sandacza nie powiodły się. Stwierdzono, że zróżnicowanie genetyczne, jakie
obserwuje się między osobnikami z populacji szczątkowej i tarlakami z poszczególnych lat
może być zbyt duże, aby w sposób prawidłowy odbudować populację sandacza w Zatoce
Puckiej. Także struktura genetyczna stad tarłowych sandacza, pozyskanych młodych
osobników ryb i odnawianej populacji Zatoki Puckiej wskazuje na ich odmienność genetyczną.
Powodem tego mógł być nieprawidłowy dobór i zbyt mała liczba osobników wykorzystanych
do sztucznego tarła.
Powodzenie restytucji szczupaka i sandacza w dużej mierze będzie zależało od
odbudowy i ochrony naturalnych tarlisk, jakimi są podwodne łąki zostery morskiej. Dlatego
też przeprowadzono analizy genetyczne populacji zostery morskiej z Zatoki Puckiej oraz
dwóch sąsiadujących z nią populacji z zachodniego (Zatoka Greifswaldzka, Niemcy)
i południowo - wschodniego (Zatoka Küdema, Estonia) Bałtyku, których charakterystyka
genetyczna nie była znana, a które mogłyby stanowić potencjalne źródło materiału do
nasadzeń. W celu prawidłowej interpretacji zmienności genetycznej, określono także ich
strukturę klonalną. Zostera morska jest rośliną, która rozmnaża się zarówno wegetatywnie jak
też generatywnie. Wiadomo, że klonalność może obniżyć poziom różnorodności genetycznej,
ponieważ wiele wyników badań dokumentuje wpływ klonalności na poziom zmienności
genetycznej. Stwierdzono, że populacja z Zatoki Küdema składa się wyłącznie z osobników
o różnym genotypie. W populacjach z Zatok Greifswaldzkiej i Puckiej, wśród 23 badanych
osobników, zidentyfikowano odpowiednio osiem i 20 unikalnych genotypów. Stwierdzono, że
populacje te są zróżnicowane zarówno, gdy analizowano zmienność loci msDNA jak też
markerów AFLP. Populacja z Zatoki Puckiej charakteryzowała się umiarkowanym poziomem
różnorodności genetycznej. Zmienność ta jest wystarczająca, by odbudowę populacji zostery
oprzeć na materiale lokalnym. Jeżeli istniałaby konieczność użycia materiału spoza Zatoki
Puckiej, to wówczas populacja z Zatoki Küdema stanowi potencjalne źródło osobników do
nasadzeń. Charakteryzuje się ona, bowiem dużym polimorfizmem genetycznym oraz jej
zróżnicowanie w stosunku do populacji z Zatoki Puckiej jest mniejsze aniżeli Zatoki
Greifswaldzkiej.
Przedstawione w tej pracy wyniki zostały przekazane ośrodkom odpowiedzialnym za
restytucję ekosystemu Zatoki Puckiej i powinny pomóc w realizacji działań ochronnych
planowanych na najbliższe lata.