Analiza genetyczna populacji łososia (Salmo salar L.), w związku z programem restytucji tego gatunku w Polsce. Spośród wszystkich ryb anadromicznych występujących w zlewni Bałtyku, pierwsze miejsce przez wzgląd na znaczenie biologiczne jako istotny element ekosystemu Morza Bałtyckiego oraz gospodarcze, zajmuje łosoś (Salmo salar L.) (Bartel, 2002). Przegradzanie, regulowanie oraz zanieczyszczanie rzek doprowadziło do zaniku lub drastycznego zmniejszenia liczebności populacji dwuśrodowiskowych ryb wędrownych, których biologia wymaga odbywania wędrówek rozrodczych pomiędzy wodami morskimi a śródlądowymi (Bless, 1978; Pęczak, 1988; Witkowski, 1996, Buras i in., 2001; Wiśniewolski i in., 2001). W zlewisku Morza Bałtyckiego łososie występują obecnie w czterdziestu rzekach (ICES, 2008). W Polsce gatunek ten spotykano w rzekach Przymorza, Wiśle, Odrze oraz ich dopływach (Rys.1.). Rys.1. Występowanie łososia w polskich rzekach : 1 obecnie; 2 dawniej; 3 zapora we Włocławku. (Rys. 345. Brylińska i in., 2000) Łosoś jest gatunkiem dwuśrodowiskowym, a jego cykl życiowy składa się z dwóch etapów. Pierwszy z nich gatunek ten spędza w wodzie słodkiej, w rzekach i potokach, drugi zaś w morzu. Po osiągnięciu dojrzałości płciowej łosoś powraca na miejsca rozrodu do 1
macierzystych rzek. Polska populacja wiślana tworzyła dwa stada różniące się okresem wstępowania do Wisły. W dorzeczu Odry tarliska łososi notowano najczęściej w Drawie z Płociczną oraz w Gwdzie. W rzekach Przymorza miejsca tarła tego gatunku zlokalizowane były w Redzie, Parsęcie, Wieprzy, Słupi i Łebie (Bartel, 2001). W Polsce łosoś stanowił jeszcze w XVIII wieku jeden z najważniejszych komponentów sieci troficznych ekosystemów rzecznych i gatunek ważny ze względów gospodarczych. Od XIX wieku jego pogłowie zaczęło spadać wskutek zwiększenia odłowów i kłusownictwa oraz zanieczyszczenia górnych biegów rzek, w wyniku rozwoju przemysłu. Próbowano podejmować działania mające na celu poprawę sytuacji łososia, wypuszczając w latach 1869-1879 między innymi do dorzeczy górnej Odry 1,5 mln narybku łososia (Chrzan, 1947). Prawdopodobnie sprowadzono narybek także z innych rzek, aby zasilić naturalne tarło w dorzeczu Odry (Bartel, inf. ustna). W Wiśle gatunek ten zachował się jeszcze do lat 50. XX w. Negatywne przekształcenia ekosystemu górnych jej dopływów, sprawiły, że ostatnie łososie obserwowano na tarliskach w Sole i Skawie na początku lat 50. XX w. (Bieniarz i in., 1975). Nadmierne odłowy w Dolnej Wiśle ostatecznie przyczyniły się do całkowitego załamania się zdziesiątkowanej populacji wiślanej. Podejmowane próby zachowania łososia w rzekach Polski, a także objęcie go w wodach śródlądowych ochroną gatunkową od 1984 r. nie dały efektów. Jedyna już wówczas autochtoniczna populacja łososia, występująca w dorzeczu Odry w latach 80., drastycznie się zmniejszała, a ostatnie tarlaki obserwowano w Drawie w 1985 r. (Chełkowski, 1986). Łososie wyginęły całkowicie z ichtiofauny Polski w połowie lat 80. XX w. (Bartel, 2001). W roku 1985 rozpoczęto prace nad przywróceniem występowania łososia w polskich rzekach. Restytucja gatunków ryb anadromicznych jest procesem wieloletnim, który obejmuje wiele równolegle podejmowanych działań. Działania te mają charakter dwutorowy. Pierwszym z nich jest ochrona in situ, realizowana poprzez odtwarzanie siedlisk łososia z zapewnieniem ich bioróżnorodności. Drugim ich rodzajem jest ochrona ex situ, polegająca na wychowie materiału zarybieniowego, wprowadzanie go do środowiska oraz utrzymywanie stad tarłowych jako żywe banki genów. Wymaga to oprócz opanowania technologii kontrolowanego chowu, przeprowadzenia badań z zakresu genetyki konserwatorskiej i populacyjnej. Pozwolą one bowiem na identyfikację najlepszych i najbardziej polimorficznych genetycznie populacji zarybieniowych dla poszczególnych dorzeczy, a także określą kryteria wyboru populacji w sytuacji sprowadzenia jej z innego obszaru geograficznego (Wiśniewolski i in., 2004). 2
Do celu restytucji gatunku łososia w polskich rzekach wykorzystano populację z Dźwiny Zachodniej, według ówczesnego przekonania geograficznie i pokrojowo najbardziej zbliżoną do rodzimych populacji (Bartel, 2002; Grudniewska i in., 1990; Witkowski i in., 1999). Ze sprowadzonej w latach 1985 i 1987 zaoczkowanej ikry wyhodowano tarlaki, a uzyskanym wylęgiem w latach 1989-1994 zarybiano dopływy Redy, Wieprza i Parsęty (Bartel, 2001). W 2001 r. rozpoczęto restytucję łososia w dopływach Środkowej Odry i Górnej Wisły. Łącznie w latach 1994-2003 wypuszczono ponad 50 mln sztuk narybku i osobników młodocianych łososia (Wiśniewolski i in. 2004). Pierwsze informacje o wstępowaniu łososi do polskich rzek odnotowano w 1996 r. (Bartel, 1998). W 1997 r. w Drawie i kilku rzekach Przymorza, w kolejnych latach, zaobserwowano duże gniazda zakwalifikowane (na podstawie wyglądu kopczyka) jako gniazda łososiowe (Dębowski i in., 1998). Przez ostatnie 25 lat prowadzono intensywne prace zarybieniowe i wykazano, że łosoś utrzymuje się w polskich rzekach i powraca do nich po wędrówce do morza. Niemniej występowanie narybku pochodzącego z naturalnego tarła potwierdził dotychczas jedynie Dębowski (2008) w rzece Słupi w ilości dwóch sztuk. W latach 2003-2006 w Instytucie Genetyki i Biotechnologii Uniwersytetu Warszawskiego kilkukrotnie badano materiał z gniazd, które jak sądzono, były gniazdami łososi i we wszystkich przypadkach okazały się one gniazdami troci (Popović, 2009). W przypadku łososia atlantyckiego podstawowym i oczekiwanym rezultatem programu restytucji powinno być przywrócenie występowania gatunku. Efektem czego będzie utworzenie licznych populacji, które przez 10 kolejnych lat, co roku będą przystępowały do naturalnego tarła w macierzystych rzekach Polski. Zgodnie bowiem z zaleceniami Komisji Helsińskiej i Międzynarodowej Komisji ds. Rybołówstwa Morza Bałtyckiego, naturalna reprodukcja łososia w rzekach polskich powinna do roku 2010 osiągnąć poziom przynajmniej 50% ich oszacowanego największego potencjału, w bezpiecznych z punktu widzenia genetyki konserwatorskiej granicach. Obecnie prowadzone badania naukowe nad łososiem bałtyckim koncentrują się wokół kluczowych problemów w prowadzeniu racjonalnej polityki ochronnej i hodowlanej. Do takich należą poznanie struktury i pochodzenia populacji zasiedlających poszczególne regiony Bałtyku oraz zmienności genetycznej wewnątrz i pomiędzy populacjami. W celu ustalenia kierunków, z których nastąpiło zasiedlenie Bałtyku po okresie ostatniego zlodowacenia dokonuje się analiz filogeograficznych populacji bałtyckich, w odniesieniu do populacji występujących w Atlantyku i Morzu Białym, Morzu Barentsa oraz Jeziorach Ładoga i Onega. 3
Opublikowano szereg prac dotyczących tego zagadnienia i zaproponowano trzy hipotezy kolonizacji Bałtyku (w stadium Morza Yoldiowego) przez łososia z dwóch różnych kierunków (Nilsson i in.,2001; Kazakov i in.,1991; Verspoor i in., 1999; Koljonen i in., 1999) (Rys.2.). Pierwsza z nich zaproponowana przez Kazakov i in. (1991) wnosi, że Bałtyk został skolonizowany ze wschodnich refugiów, które istniały w rejonie jeziora Onega w stadium Bałtyckiego Jeziora Lodowcowego. Według drugiej hipotezy (Verspoor i in., 1999) kolonizacja Bałtyku odbyła się przez Cieśninę Närke z obszarów wschodniego Atlantyku. Trzecia natomiast, zakłada możliwość kolonizacji Bałtyku przez łososia z obydwu tych kierunków (Koljonen i in., 1999). W 2002 r. Marks, zaproponował istnienie także trzeciego, glacjalnego refugium łososia na obszarze dzisiejszego dorzecza Elby, Odry, Wisły i Niemna, w którym gatunek ten mógł się zachować w trakcie ostatniego zlodowacenia Bałtyku. Z tego refugium mogło dojść do trzeciej kolonizacji, z kierunku południowego. W 2005, Säisä i in., po przebadaniu 38 populacji z Bałtyku i akwenów z nim sąsiadujących stwierdzili, że współczesne populacje łososia bałtyckiego znacznie różnią się genetycznie od populacji ze wschodniego Atlantyku, a także wykazują duże zróżnicowanie w zależności od regionu Bałtyku, z którego się wywodzą. Wszystkie współcześnie istniejące populacje można podzielić na trzy grupy: północną (Zatoka Botnicka), wschodnią (Zatoka Fińska i Bałtyk wschodni) i południową (południowo-zachodnia część basenu Morza Bałtyckiego) (Rys.2.). Podział ten odpowiada hipotetycznym kierunkom kolonizacji Bałtyku z trzech różnych refugiów glacjalnych i wyjaśnia zróżnicowanie genetyczne pomiędzy obecnie istniejącymi grupami populacji łososia w Bałtyku. Populacje Bałtyku południowego, które dla Polski są najbardziej interesujące, w badaniach Säisä i in. (2005) były reprezentowane przez dwie populacje szwedzkie z rzek Emän i Mörumsän. Niestety, wszystkie pozostałe populacje łososi prawdopodobnie wywodzące się z refugiów południowych (poza populacją z rzeki Niemen) tj. z Elby, Odry i Wisły wymarły w XX w., toteż ustalenie genetycznego podobieństwa pomiędzy nimi, a populacjami szwedzkimi będzie możliwe tylko po przeprowadzeniu genetycznych analiz materiałów archiwalnych. Szczególną uwagę należy zwrócić na to, że materiał zarybieniowy, który sprowadzono do Polski w celu restytucji łososia pochodzi z Dźwiny, czyli rzeki należącej wg Koljonen i in. (1999); Nislsson i in. (2001) i Gross i in. (2003) nie do południowej, ale do wschodniej grupy. W oparciu o doświadczenia płynące z przeprowadzanych na świecie programów restytucji różnych gatunków ryb (między innymi łososia) wiadomo, że właściwy wybór populacji założycielskiej jest warunkiem udanej restytucji. Wybór ten powinien być dokonany 4
na podstawie starannej analizy genetycznej pozwalającej na ustalenie, która z żyjących populacji jest genetycznie najbliższa populacji żyjącej w danym akwenie przed wyginięciem gatunku (Hindar i in., 1991; Ryman, 1991; Taylor, 1991). Ref. wschodnie Ref. zachodnie Ref. południowe 1.Emån 2. Mörrumsån 3. Łaba 4. Odra 1.Emån 5. Wisła 2. Mörrumsån 6. Niemen 3. Łaba 7. Dźwina 4. Odra 5. Wisła 6. Niemen 7. Dźwina Rys.2. Kształtowanie się populacji łososia w Morzu Bałtyckim około 12 000 lat temu. Szarą linią zaznaczono obszar lądolodu pokrywającego Skandynawię, na zielono - obszar dawnego Morza Yoldiowego zajmowanego obecnie przez Morze Bałtyckie. Strzałkami oznaczono kierunki kolonizacji Bałtyku z trzech istniejących w trakcie zlodowacenia refugiów łososia. Czerwony obszar na mapie określa regiony zajmowane przez współczesne populacje łososia, wywodzące się z glacjalnego refugium południowego, niebieski - refugium wschodniego, a czarny, - refugium zachodniego. Kolorem czerwonym oznaczono rzeki hipotetycznie zasiedlane przez łososie glacjalnego refugium południowego, niebieskim, rzekę należącą do refugium wschodniego. Obecnie 80-90% migrujących do Bałtyku smoltów pochodzi ze sztucznego rozrodu prowadzonego w wylęgarniach (Hindar i in., 1995), co jest rezultatem działań mających na celu wspieranie naturalnego tarła. Na ogół rozradza się i wypuszcza do środowiska ryby nie zważając na ich przynależność populacyjną i genetyczną (Koljonen, 2001; Bartel, 2004). Rodzi to duże niebezpieczeństwo zaburzenia genetycznej struktury naturalnych populacji i utraty wykształconych w toku ewolucji, lokalnych adaptacji przez wymieszanie odrębnych genetycznie grup. Na groźbę tę zwracało już uwagę wielu autorów jak Hindar i in., 1991; 5
Taylor, 1991. Podkreśla się również, że nawet w przypadkach, gdy rozradza się naturalne populacje i narybek wypuszcza się do rzek, z których populacje pochodziły, nienaturalna presja selekcyjna, jakiej poddawane są ryby w trakcie hodowli (tzw. efekt udomowienia) (Crozier, 1998) lub utrata zmienności w wyniku dryfu genetycznego i efektu chowu wsobnego (co jest cechą populacji hodowanych w ośrodkach zarybieniowych) nadal pozostaje zagrożeniem dla ewolucyjnego potencjału populacji (Koljonen, 1999; Säisä i in., 2005). Zastosowanie metod genetycznych (analiza polimorfizmu genetycznego) pozwala poznać różnorodność i kondycję genetyczną populacji typowanej do celów restytucji. Wiedza ta jest niezbędna dla prawidłowej odbudowy populacji gatunku, który występował na danym obszarze. Podsumowując wszystkie wcześniejsze rozważania, wydaje się, że prowadzone w Polsce prace nad restytucją łososia doprowadziły do tego, że gatunek ten ponownie pojawił się w polskich rzekach, jednak efektywność jego rozrodu w warunkach naturalnych jest co najmniej wątpliwa. Biorąc pod uwagę czas trwania cyklu życiowego łososia należałoby się spodziewać pojawienia się, w przynajmniej kilku rzekach Polski, narybku tego gatunku już po 6 latach od momentu rozpoczęcia zarybień. Powodu braku sukcesu reprodukcyjnego łososi można dopatrywać się w różnicach środowiskowych pomiędzy Dźwiną, z której pochodzi sprowadzany materiał zarybieniowy, ale również można rozważać, czy z punktu widzenia genetyki, dokonano właściwego doboru populacji założycielskiej. Warto również podkreślić, że w okresie zarybiania nie były wykonywane jakiekolwiek badania genetyczne sprowadzanych i wyhodowanych ryb. Nie były też znane zbiorcze wyniki badań genetyków i hodowców ze Skandynawii, które publikowano dopiero po roku 2005. Zgodnie ze stanem wiedzy z lat 80. i 90., wybór populacji z Dźwiny jako źródła materiału hodowlanego był w pełni uzasadniony. Cytowane wyżej prace mogą jednak sugerować, że należało by jeszcze raz rozważyć wybór materiału zarybieniowego do celów restytucji łososia na terenie Polski, wykorzystując dostępne obecnie techniki molekularne oraz aktualną wiedzę z zakresu biologii tego gatunku. Porównanie wszystkich populacji łososia bałtyckiego z polskim archiwalnym materiałem, w oparciu o szczegółowe badania genetyczne, mogłoby pomóc wytypować populację łososia genetycznie najbardziej zbliżoną do populacji wymarłych z terenów Polski. Genetyczny monitoring stada tarłowego, hodowanego w polskich ośrodkach zarybieniowych, umożliwiłby oszacowanie efektywnej wielkości, odradzającej się populacji łososia. Pozwoli to dokładniej prognozować odpowiedni dobór, a także liczbę osobników, która powinna być wprowadzana do rzek, w kolejnych latach dla jak najefektywniejszego przebiegu programu restytucji. 6
Celem niniejszej pracy jest porównanie populacji łotewskiej z wymarłymi populacjami polskimi. Jednocześnie podjęto próbę oszacowania kondycji genetycznej odtwarzanych w Polsce populacji łososia. Badaniami objęto 6 współczesnych hodowlanych populacji łososia oraz jednej populacji wymarłej, pochodzącej z dorzecza Odry, dla zbadania której posłużono się zarchiwizowanym materiałem w postaci łusek. Cztery populacje hodowlane (Salmo, Skołysz, Aquamar i Gabriel) znajdują się w ośrodkach zarybieniowych w Polsce, jedna na Litwie i jedna na Łotwie. Wszystkie polskie populacje hodowlane wywodzą się z populacji łotewskiej (z rzeki Dźwiny), z której poczynając od lat 80. pozyskano materiał zarybieniowy. Populacja litewska (z rzeki Niemen) stanowiła grupę odniesienia. Została ona wybrana ze względu, że jest to najbliżej geograficznie występująca populacja w stosunku do rzek łososiowych w Polsce (Tab.1.). Tab.1. Pochodzenie analizowanych osobników. Nr Pochodzenie prób Data próby Typ materiału Liczba osobników 1. Stacja hodowlana SALMO Fragmenty płetw Z. Krysiński i Syn w 2007 24 brzusznych Podgórach 2. 3. Polska Stacja hodowlana M. Skołysz w Kusiczkach Stacja hodowlana AQUAMAR w Miastku Stacja hodowlana P.Gabriel w Żelkówku Rzeka Drawa (dorzecze Odry) Rzeka Drwęca (dorzecze Wisły) 2007 2007 2007 Fragmenty płetw brzusznych Fragmenty płetw brzusznych Fragmenty płetw brzusznych 1962-1972 Wysuszone łuski 28 1959-1961 Łotwa Ośrodek zarybieniowy 2007 Litwa Ośrodek zarybieniowy 2007 Dane w postaci profili msdna Fragmenty płetw brzusznych Fragmenty płetw brzusznych ŁĄCZNIE 213 24 24 24 19 50 24 Jednym z najpopularniejszych narzędzi wykorzystywanych obecnie w ekologii molekularnej i genetyce konserwatorskiej do badania procesów populacyjnych są markery mikrosatelitarne (msdna) (Wang i in. 2004). Markery te stanowią krótkie sekwencje powtórzone DNA (10- do 50 kopii) zbudowane z motywów mono- do hexanuklotydowych. Uważa się, że sekwencje te są przypadkowo rozmieszczone w eukariotycznym genomie (Goldstein i in. 1999, Jarne i in. 1996, Powell i in. 1996). Zmienność w obrębie liczby powtórzeń tych sekwencji stanowi punkt wyjścia do badania procesów zachodzących w badanych populacjach. 7
A W celu poznania zakresu polimorfizmu genetycznego i struktury poszczególnych populacji łososia opracowano zestaw 17 loci msdna, które scharakteryzowano i określono ich przydatność do badań nad populacjami łososia, (SSOSL438, SSOSL417, SSsp1605, SSspG7, Ssa202, Ssa171, SsaD157, Ssa14, SSsp3016, Ssa85, Ssa407, SSsp2210, SSOSL85, SSsp2201, Ssa197, SSOSL311, SSsp2216) (Slettan i in. 1996 oraz 1995, Patterson i in. 2004, O Reilly i in. 1996, King i in. 2005, McConnell i in. 1995, Cairney i in. 2000). W analizach statystycznych i porównawczych wykorzystano także dane uzyskane przez dr Danijelę Popović, która przeprowadziła badania nad wymarłą populacją łososia z dorzecza Wisły (rzeka Drwęca) przy użyciu zestawu pięciu loci msdna. Jednym z głównych celów niniejszej pracy było porównanie zakresu zmienności genetycznej materiału zarybieniowego sprowadzonego do Polski, z obserwowaną zmiennością w naturalnej populacji łotewskiej. Wszystkie polskie populacje hodowlane cechowały się podobnym polimorfizmem genetycznym (Rys.3.). 8,000 7,000 Fis=0,025 0,7 0,8 6,000 5,000 Fis=-0,002 Fis=0,008 Fis=-0,096 Fis=-0,017 Fis=-0,245* Fis=0,055* Fis=0,168* 0,6 0,5 Na, R i Np 4,000 3,000 0,4 0,3 He i Ho 2,000 0,2 1,000 0,1 0,000 Łotwa Gabriel SALMO Skołysz AQUAMAR Litw a Odra Wisła B Na, R, Np Na R Np He Ho 12,000 10,000 Fis=0,049* Fis=-0,009 8,000 Fis=0,027 Fis=0,052 Fis=-0,03 Fis=0,086* 6,000 Fis=-0,154* 4,000 2,000 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 He i Ho 0 0,000 Łotw a Gabriel SALMO Skołysz AQUAMAR Litw a Odra 0,0 Na R Np He Ho Rys.3. Graficzne przedstawienie wartości siedmiu wskaźników zmienności genetycznej w badanych populacjach. (A) analiza 8 populacji oparta o 5 loci msdna, (B) analiza 7 populacji oparta o 17 loci msdna (bez populacji wiślanej). Bogactwo alleliczne (R) obliczono korzystając z programu FSTAT v.2.9.3.2 (Godet, 2002). Liczbę alleli prywatnych (Np), średnią liczbę alleli/locus (Na), w każdej populacji oraz heterozygotyczność obserwowaną (H o ) i oczekiwaną (H E ) oszacowano za pomocą programu GenAlEx wersja 6.1 (Peakall i Smouse, 2001). Wartość współczynnika inbredu (F IS ), dla każdej populacji, analizowano za pomocą programu FSTAT. Odchylenie tych wskaźników, w poszczególnych populacjach, od równowagi Hardy- Weinberga (HWE) badano przy pomocy programu GENEPOP 3.1 (Raymond i Russet, 1995). 8
Zmienność genetyczna, oceniona za pomocą H E w tych populacjach zbliżona jest do obserwowanej w innych ośrodkach hodowlanych łososia w Europie (Machado-Schiaffino i in., 2007, Skaala i in., 2004). W żadnej populacji z polskich ośrodków zarybieniowych, nie wykazano odchyleń od równowagi HW, wskazującej na kojarzenie w pokrewieństwie lub duży efekt dryfu genetycznego. Zarówno w hodowlanych populacjach w Polsce jak i w populacji łotewskiej stwierdzono występowanie Np, oznacza to, że nie cała zmienność populacji łososia z hodowli łotewskiej została odtworzona w introdukowanej polskiej populacji, ale również, że obecna hodowlana populacja łotewska nie posiada części zmienności genetycznej obecnej w Polsce. Może być to wynikiem zaniku tych alleli w wyniku dryfu lub nie wykrycia całkowitego polimorfizmu tej populacji. Co więcej, Popović (2009) w badaniach wykorzystujących 7 loci msdna udowodniła, że efektywna wielkość populacji łotewskich jest wysoka (od 30 do nieskończoności) oraz że żadna z tych populacji nie doświadczyła efektu szyjki od butelki. Zatem wyniki przeprowadzonych analiz dowodzą, że reprezentowany przez łososie z polskich ośrodków zarybieniowych poziom zmienności genetycznej jest wystarczający do celów restytucji tego gatunku w rzekach Polski. Co zatem idzie, przyczyny braku reprodukcji łososia w Polsce nie można tłumaczyć niskim potencjałem genetycznym restytuowanej populacji. Analiza programem structure v.2.3.1 (Pritchard i in., 2000) oraz obliczona wartość współczynnika zróżnicowania genetycznego (F ST ) pomiędzy populacjami łososi z polskich hodowli i macierzystą populacją z Dźwiny wykazały, że są one do siebie genetycznie bardzo podobne (Rys.4.). Nie jest to zaskoczeniem biorąc pod uwagę ich wspólne pochodzenie, dlatego w części analiz traktowano je jako jedną populację. Takiej jednorodności genetycznej nie wykazały natomiast wymarłe populacje z Wisły i Odry (Rys.5.). A B C Rys.4. Struktura populacji łososia, badana przy użyciu 5 loci msdna. Liniami zakreślono osobniki tworzące osobne klastry. Literą B na rysunku A oznaczono grupę utworzoną z osobników wiślanych i odrzańskich, 9
literą A, grupę złożona z osobników z Wisły. Grupę osobników pochodzenia głównie odrzańskiego, niesklasyfikowanych ani z osobnikami z Wisły, ani z grupą łotewsko-litewską zaznaczono Literą C. Rys.5. Struktura populacji Wiślanej i Odrzańskiej badana przy użyciu 5 loci msdna. Liniami zakreślono osobniki tworzące osobne klastry. Wartości obliczonych wskaźników polimorfizmu dla populacji wiślanej i odrzańskiej (Rys.3.) wskazują ich genetyczną różnorodność oraz odrębność zarówno od siebie jak i od pozostałych badanych populacji. Szczególnie łososie wiślane, wykazujące ponad 6 razy więcej prywatnych alleli (Np) i większe bogactwo alleliczne (R) w stosunku do populacji pochodzących z Dźwiny, wydają się tworzyć odmienną genetycznie grupę. Ponadto dla obu tych populacji wartość współczynnika inbredu (F IS ) przyjmuje dodatnie i istotne statystycznie wartości. Najwyższą jego wartość zaobserwowano dla populacji wiślanej (0,168), co wskazuje, że w skutek redukcji liczby osobników w tej populacji mogło dojść do krzyżowania w pokrewieństwie i co za tym idzie dryfu genetycznego, który może być przyczyna zmian frekwencji alleli. Podobny rezultat nadmiaru homozygot może być jednak również tłumaczony efektem Wahlunda (redukcja heterozygotyczności w populacji spowodowana połączeniem w próbie badanej subpopulacji o odmienneych frekwencjach alleli) (Freeland, 2008). Wiadomo, że w latach 50. populacja łososia w Wiśle drastycznie się kurczyła (Bieniarz i in., 1975), co sprzyjało krzyżowaniu w pokrewieństwie. Z drugiej strony, w obrębie łososi z Wisły, wykryto za pomocą programu structure obecność co najmniej 2 subpopulacji. (Rys.5.). Obie, wymarłe populacje polskie dzieli duży dystans genetyczny (Tab.2.), a w każdej z nich istnieje struktura wewnętrzna (Rys.5. i Tab.3.). Tab.2. Wartości współczynnika F ST obliczonego przy pomocy programu FSTAT dla populacji analizowanych w oparciu o 5 loci msdna. Mianem współczesna łotewsko-polska określono populacje z Łotwy i 4 polskich ośrodków zarybieniowych traktowanych jako jednorodną grupę. * oznaczono wyniki istotne statystycznie. Kolorem czerwonym oznaczono bardzo duże zróżnicowanie genetyczne, niebieskim duże, a czarnym umiarkowane. Odra Wisła 0,1862* Wisła Litwa 0,2062* 0,2859* Litwa Współczesna łotewsko-polska 0,1432* 0,27* 0,1334* 10
Pomiędzy subpopulacjami odrzańskimi wartość obliczonego zróżnicowania genetycznego jest umiarkowana (Tab.3.). Tab.3. Wartości współczynnika F ST dla populacji wyodrębnionych za pomocą programu structure. * oznaczono wyniki istotne statystycznie. Kolorem czerwonym oznaczono bardzo duże zróżnicowanie genetyczne, niebieskim duże, a czarnym umiarkowane. Odra1 Odra2 0,1266 Odra2 Litwa1 0,1675* 0,3244* Litwa1 Litwa2 0,1442 0,3162 0,1041* Litwa2 Litwa3 0,2376 0,4177 0,17* 0,2172* Litwa3 Współczesna łotewsko-polska 0,0995* 0,1935* 0,134* 0,0962* 0,2299* Istnienie tych dwóch różniących się od siebie genetycznie grup łososia w Odrze można tłumaczyć dwojako. Po pierwsze, materiał łososia odrzańskiego mógł pochodzić od dwóch różnych populacji odbywających tarło, albo w innych dorzeczach tej rzeki albo, podobnie jak to mam miejsce w Wiśle, w różnych okresach (tzw. ciąg tarłowy zimowy i letni) (Brylińska i in., 2000). Druga hipoteza zakłada, że istniejąca struktura genetyczna odzwierciedla intensywne zarybianie Odry jeszcze przed rokiem 1985 materiałem łososia obcego pochodzenia. Część osobników odrzańskich (Odra1) wykazuje pewne podobieństwo genetyczne do populacji pochodzących z Dźwiny (Tab.3.), co sugeruje możliwość wcześniejszego zarybiania tej rzeki materiałem genetycznie podobnym do łotewskiego. Jednakże istniejące dane (Bartel, 2001) mówią o zarybianiu, na początku XX wieku łososiami z Dźwiny jedynie dorzecza Wisły. Zróżnicowanie genetyczne populacji wiślanej w stosunku do osobników łotewskich jest bardzo duże (Tab.2.). Można więc podejrzewać, że sprowadzane z Dźwiny łososie nigdy nie osiągnęły w Wiśle sukcesu reprodukcyjnego. Zróżnicowanie między subpopulacjami Odra1 i Odra2 (F ST = 0,13), w stosunku do innych populacji wykazało, że pierwsza nich wykazuje podobieństwo do populacji łotewskiej, a druga do populacji wiślanej (Tab.3.). Jeśli za rodzime populacje łososia w rzekach Polski przyjmiemy tylko grupę Odra2 i osobniki wiślane, to w świetle przeprowadzonych badań można stwierdzić, że różnice genetyczne pomiędzy wymarłymi polskimi populacjami łososia, a współczesnymi populacjami zarybieniowymi są duże, co może przekładać się na mniejsze zdolności adaptacyjne tych ryb do warunków panujących w polskich rzekach (Taylor, 1991). Dystans genetyczny (F ST ) pomiędzy poszczególnymi populacjami nie wykazuje korelacji z dystansem geograficznym (Tab.2. i Tab.3.). Ponadto, uzyskane wartości zróżnicowania genetycznego pomiędzy sąsiednimi populacjami są znacznie większe niż 11
oczekiwano z danych literaturowych (Säisä, 2005). Szczególnie wysoka wartość F ST pomiędzy populacją litewską, a wiślaną wydaje się być zaskakująca (Tab.2.). Spodziewano się bowiem, że populacja z rzeki Niemen pochodząca wg Koljonen i in. (1999); Nislsson i in. (2001) i Gross i in. (2003) z tego samego refugium glacjalnego będzie genetycznie bardziej podobna do polskich wymarłych populacji. Tymczasem zarówno populacja odrzańska jak i wiślana wykazują w stosunku do niej duże różnice genetyczne (Tab.2.). Otrzymany wynik można uzasadnić stawiając hipotezę, której założeniem jest, że łososie z rzeki Niemen wywodzą się nie z południowego, lecz wschodniego refugium glacjalnego. Tłumaczyłoby to zarówno duży dystans genetyczny populacji z rzeki Niemen w stosunku do polskich wymarłych populacji, jak i mniejszą wartość współczynnika F ST dla tej populacji w stosunku do łososi pochodzących z Dźwiny (należącej do refugium wschodniego). Wykazane w tej pracy duże różnice genetyczne pomiędzy wymarłymi populacjami łososia z Odry i Wisły, a populacjami pochodzenia łotewskiego sugerują, że należałoby podjąć próbę sprawdzenia, czy w zlewni Baltyku nie występują jeszcze populacje łososia, bliższe genetycznie do wymarłej populacji polskiej. Według Säisä i in. (2005) populacje łososia występujące obecnie w rzekach Mörrumsän i Emän w południowej Szwecji, wywodzą się z tego samego refugium glacjalnego, co populacje polskie. Jest więc prawdopodobne, że mogłyby one być lepszymi populacjami założycielskimi niż populacja z Dźwiny. Podjęte we współpracy z prof. Koljonen z Uniwersytetu Helsińskiego badania, powinny w najbliższym czasie dać odpowiedź na to pytanie. 12