Strategie dyspersyjne pachnicy i innych chrząszczy saproksylicznych Andrzej OLEKSA Tomasz KLEJDYSZ Instytut Ochrony Roślin Państwowy Instytut Badawczy E-mail: olek@ukw.edu.pl
Proces przemieszczania sięorganizmóww stosunku do obszaru zajętego przezpopulacjęlub poza organizm macierzysty Dyspersja
Znaczenie dyspersji Kolinizacja pustych płatów środowisk (np. Hanski 1994) Dynamika populacji (np. Pulliam 1988) Przepływ genów w obrębie i między populacjami (np. Slatkin 1987)
Metody badania dyspersji Badania z użyciem znakowania i ponownych złowień (np. Ranius i Hedin 2001) Telemetria (np. Hedin i Ranius 2002) Loty na uwięzi (np. Dubois et al. 2010) Badania genetyczne Pachnica z nadajnikiem radiowym http://www.saproxylic-beetles.com
Genetyczne skutki ograniczeń dyspersji Wzrost zróżnicowania między populacjami Spadek zmienności genetycznej wewnątrz populacji (dryf genetyczny) skutek: zwiększony poziom wsobności i obniżona zdolność adaptacji do zmian środowiska, zwiększone ryzyko wymarcia (Frankham 2005)
Ewolucja zachowań dyspersyjnych Związana z trwałością i przewidywalnością środowiska (e.g. Travis & Dytham 1999) Środowiska o długim czasie trwania -> niskie zdolności dyspersyjne (e.g. Roff 1975; Levin et al. 1984; Nilsson & Baranowski 1997)
Dziuple drzew Pozostają w stanie odpowiednim do zasiedlenia przez wiele pokoleń Można oczekiwać, że gatunki w nich żyjące mają niskie tempo dyspersji dobrze znany przykład: Osmoderma eremita(ranius & Hedin 2001, Hedin et al. 2008) o strategii dyspersyjnej innych żyjących tu gatunków niewiele wiadomo Thomas Ranius
Badane gatunki pachnica Osmoderma barnabita wepa marmurkowana Protaetia marmorata tęgosz rdzawy Elater ferrugineus borzewka Diaperis boleti dziuple, wąska nisza ekol. (Oleksa et al. 2007; Dubois et al. 2009) dziuple, szeroka nisza ekol. (Oleksa et al. 2006) dziuple, drapieżnik (?) owocniki grzybów, np. żółciaka siarkowego
Hipotezy Chrząszcze żyjące w dziuplach są pod silniejszym wpływem izolacji przez odległość Bardziej wyspecjalizowane gatunki odznaczają się ograniczoną dyspersją (wysokie tempo dyspersji może być szkodliwe gdy środowisko jest rzadkie) Potencjał dyspersyjny drapieżnika musi być co najmniej tak wysoki jak jego ofiar Futuyma & Moreno 1988; Brouat et al. 2003; Zayed et al. 2005
Metody materiał i teren Zbiór próbek DNA (fragmenty stóp) w alejach przydrożnych O. barnabita, P. marmorata, E. ferrugineus, D. boleti: po ok. 160 osobników LT LV R )) ) ) ) ) )) )) ) )) ) )) ))) ) ) ))) )))) ) ) )) ) ) ) ) ))) ) ) )) ) BY DE PL CZ UA SK
geoportal.gov.pl
Metody sposób zbioru Duża część materiału została zebrana do pułapek feromonowych Osobniki D. boleti zbierane bezpośrednio z owocników grzybów, a P. marmorata z dziupli
Metody analizy molekularne 5 loci AFLP Analizy genetyczne: AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism; Vos et al. 1995) Markery dominujące nie ma możliwości odróżnienia heterozygot od homozygot dominujących dane binarne 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 Przykładowy elektroferogram AFLP
Szacowanie dyspersji Analiza autokorelacji z wykorzystaniem współczynnika pokrewieństwa (Hardy & Vekemans1999)w programie SPAGeDi (Hardy & Vekemans 2002) Intensywność przestrzennej struktury genetycznej Sp= b 1 / (1 f (1) ) b 1 nachylenie linii regresji log-liniowej pomiędzy pokrewieństwem osobników a dzielącą je odległością f (1) średnie pokrewieństwo dla osobników zebranych w pierwszej klasie dystansu (0 m) Spjest odwrotnie proporcjonalne do efektywnej wielkości obszaru sąsiędztwa(nb), tj. obszaru w którym osobniki mogą się swobodnie kojarzyć Nbmoże być użyte do oszacowania dyspersji(σ)o ile znamy zagęszczenie populacji(de)
Szacowanie dyspersji podobieńśtwo genet. między parami osobników (pokrewieństwo) f (1) b 1 nachylenie linii regresji W warunkach izolacji przez odległość, pokrewieństwo osobników jest liniową funkcją logarytmu odległości między nimi (Rousset 2000) log (odległość) Spjest odwrotnie proporcjonalne do efektywnej wielkości obszaru sąsiedztwa Nb (obszaru w którym osobniki mogą kojarzyć się losowo, Wright 1946) i do zasięgu dyspersji σ Intensywność przestrzennej struktury genetycznej: Sp= b 1 / (1 f (1) ) b 1 nachylenie log-liniowej regresji pomiędzy pokrewieństwem a odległościami między osobnikami f (1) średnie pokrewieństwo w najbliższym dystansie
Wyniki Pokrewieństwo 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0-0.05-0.1-0.15 Osmoderma barnabita Pokrewieństwo 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 Protaetia marmorata Sp = 0.016 0.1 0.05 Sp = 0.006 0-0.05-0.1-0.15 1 10 100 1000 10000 100000 1000000 1 10 100 1000 10000 100000 1000000 odległość [m] odległość [m] Pokrewieństwo 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0-0.01 Diaperis boleti Sp = 0.002 Pokrewieństwo 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0-0.01 Elater ferrugineus wyniki wstępne Sp = 0.016-0.02-0.02-0.03 0 20 40 60 80 100-0.03 0 20 40 60 80 100 odległość [km] odległość [km] Ilustracje chrząszczy colpolon.pl Uwaga! Dolne i górne wykresy różnią się skalą
Ocena przepływu genów i dyspersji Osmoderma barnabita Protaetia marmorata De(ind/km 2 ) Nb σ Nb σ 1000 NE NE NE NE 500 178.8 (NE) 237.8 (NE) NE NE 100 137.5 (NE) 449.6 (NE) NE NE 50 78.9 (35.0) 501.3 (110.2) NE NE 10 45.3 (8.9) 849.4 (82.5) 224.9 (396.4) 1872.8 (1536.3) 5 44.0 (36.6) 1183.5 (423.1) 198.5 (100.7) 2513.5 (613.0) 1 55.4 (14.5) 2969.3 (378.7) 167.6 (42.1) 5165.4 (648.4) 0.5 51.4 (23.0) 4045.6 (856.5) 336.0 (183.8) 10220.6 (2564.4) 0.1 NE NE 208.0 (304.7) 18196.9 (12492.9) 0.05 NE NE 232.3 (125.6) 27193.2 (7052.7) 0.01 NE NE NE NE De zakładane efektywne zagęszczenie(osobników / km 2 ) Nb - wielkość obszaru sąsiedztwa(w którym osobniki mogą się ze sobą kojarzyć) σ osiowa wariancja dyspersji średni zasięg dyspersji, w metrach NE wartość nieoszacowana na skutek braku konwergencji Odchylenia std. w nawiasach
Zasięg dyspersji u pachnicy Wg poprzednich szacunków (Ranius& Hedin 2001; Hedin et al. 2008): średnia odległość dyspersji 60 m nasze wyniki: około 500 m bezpośrednie obserwacje przemieszczeń: 780 m znakowanie (własne wyniki niepubl.) 700 m śledzenie osobników z nadajnikami radiowymi (Dubois & Vignon 2008) eksperyment z lotami na uwięzi: średnia prędkość rotacji 6.80±0.58 km/h (do 8.55 km/h), maksymalny czas trwania lotu19 min możliwy przelot na ponad 2 km(dubois et al. 2009)
Podsumowanie Analizy autokorelacji przestrzennej pokrewieństwa wskazują, że gatunki związane z dziuplami pozostają pod przemożnym wpływem izolacji przez odległość Intensywność przepływu genów (efektywna dyspersja): O. barnabita < P. marmorata < E. ferrugineus, D. boleti Zasięg dyspersji u pachnicy może być o rząd wielkości większy niż dotychczas szacowano (setki zamiat dziesiątków metrów)
Podziękowania Badania finansowane z grantu MNiSW (No. NN304 4175 33) Podziękowania: Robert Gawroński, Glenn P. Svensson, Daniel Doktór, Jean-Marc Lassance,Konrad H. Maciejewski, Igor J. Chybicki, Katarzyna Kowalkowska,Ewa Sztupecka i inni
Dziękujemy za uwagę!