Foryngringer i den svenske gaupebestanden i 2006 belyst fra genetisk analyse av spillning

Transkript

1 Foryngringer i den svenske gaupebestanden i 2006 belyst fra genetisk analyse av spillning Av: Øystein Flagstad, Cecilia Wärdig, Malin Johansson og Hans Ellegren Evolutionsbiologisk Center Uppsala Universitet

2 BAKGRUNN Den skandinaviske gaupebestanden var relativt stor på begynnelsen av 1800-tallet. I denne perioden økte jakttrykket dramatisk, og rundt 1830 ble ca 250 gauper skutt hvert eneste år, noe som førte til en dramatisk bestandsreduksjon fram mot århundreskiftet. På begynnelsen av 1900-tallet ble bestanden anslått til ca 100 dyr, og artens videre eksistens på den skandinaviske halvøy var svært truet. I 1928 ble gaupa imidlertid fredet i Sverige, og arten kunne sakte med sikkert spre seg, først nordover, og siden sørover til områder den tidligere var svært vanlig. Den totale gaupebestanden i Skandinavia anslås idag til ca 1500 dyr. Konflikten mellom rovdyr og menneske har naturlig nok økt i takt med gaupas økende antall. Gaupas skader på tamdyr varierer fra område til område, men den største samfunnskostnaden kommer fra skader på rein. I 1995 ble det i Sverige utbetalt 22 millioner kroner for rein drept av gaupe. Utbetalingene baserer seg på antall foryngringer per år, og det jobbes kontinuerlig med å utvikle metodene for å kartlegge foryngringer i de ulike områdene. Nyere forskning har vist at det er mulig å identifisere individer basert på DNA isolert fra ekskrementer og hår. Dette åpner opp for en ny metodisk tilnærming i kartleggingen av foryngringer, som kan supplere de tradisjonelle metodene basert på sporing og yngleregistrering. Ved å samle inn ekskrementer i områder der man mener det har skjedd en foryngring, kan man gjennom moderne DNA-teknologi kartlegge hvor mange individer som finnes i det angitte området, og videre ved hjelp av slektskapsanalyser vurdere sannsynligheten for at det har foregått en foryngring. I denne rapporten vil vi i hovedsak redegjøre for resultatene fra materiale samlet inn i Vi vil fokusere på familiegruppene rapportert fra feltpersonalet, og gjennom slektskapsanalyser forsøke å verifisere at det faktisk har foregått en foryngring. En viktig problemstilling er også kjønnsfordelingen i Sør-Sverige. Observasjoner i felt tyder på at det her stort sett bare finnes hanner. Kjønnstest av fungerende ekskrementprøver kan således bidra til å teste denne hypotesen. METODIKK Sampling og laboratoriearbeid Totalt 165 hår-, ekskrement- og vevsprøver av antatt gaupeopprinnelse ble analysert. Prøvene kom fra Norrbotten, Västerbotten, Jämtland, Dalarna, Östergötland, og Kalmar län. De aller fleste prøvene var samlet inn i 2006, men noen få etterslengere fra 2004 og 2005 ble også analysert. I tilfeller av vellykket ekstraksjon av gaupespesifikt kjerne-dna, har vi gjennomført genotyping på tvers av 10 mikrosatelittmarkører som følger: FCA001, FCA043, FCA149, FCA506, FCA559, FCA008, FCA045, FCA090, F115, FCA391 (Menotti-Raymond et al. 1999). Siden isolater fra ekskrementer som oftest har en meget lav DNA konsentrasjon er det vesentlig for metodens robusthet å kjøre et antall replikater for hver prøve. Basert på resultatene fra tidligere pilotstudier for bl.a. jerv, har vi valgt å legge følgende kriterier til grunn for robust genotyping. Et individ som er homozygot (dvs. har én genetisk variant) for et locus, må vise dette i tre uavhengige replikater for at dette skal aksepteres som et autentisk resultat. Et individ som er heterozygot (dvs. har to ulike genetiske varianter) for et locus, må vise et slikt mønster i minst to uavhengige replikater for at individet skal aksepteres som heterozygot for dette locuset. Dette betyr i klartekst at alle individuelle prøver må kjøres i minst 2-3 replikater for hvert locus. Dersom noe som helst tvil skulle ligge til grunn etter 1

3 gjennomføring i henhold til disse kriteriene, er ytterligere replikater blitt gjennomført for de aktuelle prøvene. Alle prøver som gav gaupespesifikt kjerne-dna ble også kjønnsbestemt ved hjelp av to kjønnsmarkører (DBY7Ly2, ZFLy2; upublisert). To uavhengige replikater per markør ble kjørt for alle prøver ved kjønnsbestemmelsen. Etter endt mikrosatelittanalyse og kjønnsbestemmelse ble de genetiske profilene til alle individuelle prøver sammenlignet. Prøver som var identiske på tvers av 10 loci samt representerte det samme kjønn, ble klassifisert som representanter for ett og samme individ. Dataanalyse - immigrasjon og slektskap mellom individer Den skandinaviske gaupebestanden er genetisk differensiert fra den finske bestanden (Hellborg et al. 2002). Man kan dermed ved hjelp av hvert enkelt individs genotype bestemme sannsynligheten for om det har sin opprinnelse i Sverige eller om det er en immigrant fra øst. Vi har brukt metoden til Pritchard et al. (2001) for å bestemme nærværet av finske immigranter i den svenske gaupebestanden. Slektskap mellom individer ble bestemt ved hjelp av metoden beskrevet av Marshall et al. (1998). Informasjon om antatt status til de ulike prøvene (f.eks. antatt mor / antatt unge), ble brukt aktivt og testet ved hjelp av DNA-profilene til de ulike prøvene. RESULTATER OG DISKUSJON Suksessrate Fig 1 viser den geografiske fordelingen av de innsamlede prøvene samt hvilke prøver som lot seg analysere. Spillningsprøver samlet inn i Jämtland i 2004 og 2005 fungerte dårlig (~25 %), muligens på grunn av langvarig oppbevaring under ikke-optimale betingelser. Prøvene som var samlet inn i 2006 derimot, fungerte meget bra med en total suksessrate på 62 % (Tabell 1). Tidligere har prøvene samlet inn i nord fungert betydelig bedre enn prøver samlet inn i sør. I år er det imidlertid motsatt. Suksessraten er omtrent som tidligere i nord (~60 %), mens den har økt voldsomt i sør der den for årets materiale ligger på hele 78 %. En meget god snøvinter i Sør-Sverige er sannsynligvis en viktig medvirkende faktor for den usedvanlig høye suksessraten i sør. Hårprøvene viste som tidligere en betydelig lavere suksessrate enn spillningsprøvene. Kun to av tolv hårprøver samlet inn i 2006 fungerte (Tabell 1). Hårprøvene samlet inn i Jämland i 2005 fungerte bedre (3/5). For de tre som fungerte var det imidlertid innslag av hudfragmenter i prøven, noe som vil øke kvaliteten på prøven i betydelig grad. Selv om hårprøvene altså i det store og det hele fungerer dårligere enn spillningsprøvene, kan de som tidligere nevnt utgjøre et viktig supplement til spillningsprøvene for å få en høyere representasjonsandel av individene i de rapporterte familiegruppene, og således ha større sjanse til å verifisere foryngringen. Dette vil spesielt gjelde dersom det er rester av hudfragmenter i hårprøven. De aller fleste prøvene som ikke fungerte er sannsynligvis gaupeprøver som er av for dårlig kvalitet for mikrosatelittanalyse. Dessverre vil det alltid være slik at en viss andel innsamlede ekskrementprøver vil være av for dårlig kvalitet til å kunne analyseres. Dette beror delvis på lav DNA-konsentrasjon, men kan også skyldes såkalte hemmere, dvs. substanser i ekskrementprøven som hemmer essensielle deler av labanalysene. I tillegg til de ikke-fungerende gaupeprøvene, kan noen av prøvene være feilidentifisert som lospillning, og således stamme fra andre arter. Erfaringer etter fjorårets innsamling, der et utvalg av de ikke-fungerende prøver ble testet for artstilhørighet, tyder imidlertid på at slik feil-identifisering forekommer svært sjelden. 12 av 13 prøver som i fjor ble testet for 2

4 Tabell 1 Suksessrate for alle innsamlede prøver År Län Spillning Hår Blod Vev 2004 Jämtland 2 / 8 (25 %) Jämtland 3 / 11 (27 %) 3/5 (60%) - 4/4 (100%) Nord-Sverige (BD, AC, Z) Sør-Sverige (W, E, H) 58 / 99 (59 %) 2/7 (29%) - 2/2 (100%) 18 / 23 (78 %) 0/5 (0%) 1/1 (100%) - Fig 1 Fungerende og ikke-fungerende prøver for det analyserte materialet, i all hovedsak samlet inn i

5 artstilhørighet var påviselig lospillning, mens den siste hadde en uavklart opprinnelse. Vi antar derfor at den store majoriteten av de ikke-fungerende prøvene også i årets materiale stammer fra gaupe, og har med bakgrunn i fjorårets test valgt å ikke sjekke artstilhørighet for ikke-fungerende prøver. Geografisk fordeling av individer Figur 2-4 viser den geografiske fordelingen til alle fungerende prøver, samt hvilke individer og kjønn de representerer (se Appendix 1 for mer detaljerte opplysninger). De 91 fungerende prøvene representerte 51 ulike individer (én hunn i 2004, 4 hunner og 5 hanner i 2005, 28 hunner og 24 hanner i 2006). De fleste individene som var samplet i de to sørligste länene, var hanner. Dette støtter opp om observasjoner i felt, som tyder på at de aller fleste gauper i Sør- Sverige er hanner. Vi finner imidlertid noen hunner lengst nord i Östergötaland og en hunn i Kalmar län. I begge disse tilfellene har feltpersonalet rapportert en yngling. Ni av de 52 individene som ble observert i 2006 var representert i vår interne database av tidligere kjente individer. De fleste individene som ble gjenfunnet i nord var reproduserende tisper, der feltinnsamler ved minst et tilfelle har rapportert yngling. Dette gjelder Ind46 (yngling i 2005 og 2006), Ind49 (yngling i 2006), Ind61 (yngling i 2005), Ind65 (yngling i 2005 og 2006), Ind71 (yngling i 2005), og Ind72 (yngling i 2006). Siste gjenfunne individ i nord var en nesten to år gammel hann (Ind62), som fortsatt befant seg i samme område som moren (Ind61). To av individene som ble samplet i sør var også representert i tidligere innsamlet materiale. Begge disse var stasjonære hanner som har vært i sine respektive leveområder i flere år. 125 Fig 2 Alle fungerende prøver fra Norrbotten og nordlige deler av Västerbotten. Blå=hunner; Rød= hanner. Tallene angir individer. Bokstavene A-G angir antatte familiegrupper fra feltobservasjoner. 4

6 Fig 3 Alle fungerende prøver fra Jämtland og sørlige deler av Västerbotten. Blå=hunner; Rød=hanner. Tallene angir individer. Bokstavene H-L angir antatte familiegrupper fra feltobservasjoner. Fig 4 Alle fungerende prøver Kalmar og Ôstergötaland. Blå=hunner; Rød=hanner. Tallene angir individer. Bokstavene M og N angir antatte familiegrupper fra feltobservasjoner. 5

7 Fig 5 Grafisk framstilling av genotypene til alle svenske individer (gule) observert i 2006, sammen med genotypene til et utvalg finske gauper (blå). Vi ser at det er en klar genetisk differensiering mellom de to bestandene, og de aller fleste svenske dyr grupperer sammen til venstre på figuren godt adskilt fra det finske clusteret. Vi finner imidlertid fire immigranter (trekanter), og et individ som høyst sannsynlig har en blandet opprinnelse (sirkel). Immigrasjon For å belyse nærværet av østlige immigranter i den svenske gaupebestanden, ble de ulike dyras genotyper analysert på individnivå. Denne analysen, oppsummert i Fig 5, viser som tidligere at de aller fleste observerte individene har sin opprinnelse i den svenske gaupebestanden. Fire individer, alle hanner, viser imidlertid en genotype som med meget stor sannsynlighet har sin opprinnelse i den finske gaupebestanden. Dette gjelder individene 130, 127, 129 og 126 (Fig 2). Ind130 var samplet inne på finsk side av grensen, mens Ind127 var samplet midt inne i Norrbotten, bortimot 200 km fra grensen mot Finland. De to siste individene (Ind126 og Ind 129) var samplet på grensen mellom Västerbotten og Norrbotten, mer enn 200 km fra grensen mot Finland. I tillegg finner vi en hunn (Ind132) som høyst sannsynlig har en blandet opprinnelse, dvs at en av foreldrene kommer fra den svenske gaupebestanden, mens den andre er en immigrant fra øst. Totalt i de fire tidligere innsamlingssesongene ( ) har vi bare observert en eneste immigrant, en hunn samplet svært nær grensen mot Finland. Det at vi nå observerer flere hanner langt inne på svensk territorium, kan peke i retning av økt immigrasjon fra øst, selv om det naturligvis er for tidlig å konkludere etter bare en vinter med slike observasjoner. Slektskap mellom individer Et av de viktigste spørsmålene i forbindelse med analysen av dette materialet, er hvorvidt det er mulig å gjøre pålitelige slektskapsanalyser for å kartlegge familiegruppestrukturen i bestanden, og derigjennom bidra med viktig informasjon rundt antatte ynglinger. Feltinnsamlerne har gjort en meget god jobb og gitt særdeles viktig informasjon i tilfeller der man antar at prøvene representerer individer i en familiegruppe. Med dette som bakgrunn, har vi kunnet teste 8 av 18 antatte ynglinger (Tabell 2). Analysene våre verifiserte alle ynglinger der tilstrekkelig mange prøver var samplet og fungerte. Selv om disse analysene var basert på 6

8 Tabell 2 Alle antatte familiegrupper som var representert med minst ett individ i prøvematerialet vårt Antatt familiegruppe Län Mor Avkom Far Bekreftet familiegruppe Kommentar A BD 132 Kan ikke utelukke at dette er en av ungene B BD 127 C BD ,95 D BD 107 (108) 108 (107) 0,80 E BD ,80 F BD ,95 G BD , 116, ,95 H Z 123 I Z ,80 J Z 139 K Z 145 L Z 143 M E , 147 0,95 Mest trolig en av ungene, men kan ikke utelukke at dette er en voksen hann Faren er ikke er samplet. Vi kan således ikke fra DNA-analysen avgjøre hvem som er mor og hvem som er datter Samme hona som fikk unger i fjor i samme område Mest trolig en av ungene, men kan ikke utelukke at dette er en voksen hann Mest trolig en av ungene, men kan ikke utelukke at dette er en voksen hann Kan ikke utelukke at dette er en av ungene Mest trolig en av ungene, men kan ikke utelukke at dette er en voksen hann Begge hanner i rimelig nærhet (Ind118, Ind133) kan utelukkes som far til disse to ungene N H ,80 Moren ikke samplet a) Konfidensnivået til slektskapsrelasjonene er angitt i hvert enkelt tilfelle: (1) p > 0,95 (2) 0,80 p < 0,95. kun 10 loci, har mange av slektskapsforholdene en meget høy grad av sikkerhet (konfidensnivå > 95%). Vi føler oss også ganske trygge på at de relasjonene som har en sannsynlighet på %, er reelle foreldre/avkoms-relasjoner. Dette fordi alternative relasjoner til andre samplede individer kunne utelukkes på bakgrunn av de respektive DNAprofilene. Det er verdt å merke seg at vi i år for første gang kan verifisere yngling i sør, en i Östergötaland (M) og en i Kalmar län (N). Fra Tabell 2 går det fram at faren er samplet for bare to av familiegruppene (G, M). Som tidligere nevnt anser vi det som en klar fordel dersom flere hanner hadde blitt samplet i nærheten av de observerte familiegruppene. Dersom far er samplet, vil det være større grad av sikkerhet for de detekterte mor/avkoms-relasjonene; dvs at flere av de antatte ynglingene vil ha et konfidensnivå på 0,95 eller høyere. I tillegg kan en samplet far ha betydning for å kunne bestemme den vertikale retningen på relasjonen mellom to hunndyr, eller sagt enklere, hvem som er mor og hvem som er avkom. På direkte forespørsel fra feltpersonalet har vi sjekket noen av familiegruppekonstellasjonene i større detalj enn det som fremgår fra Tabell 2. Dette gjelder familiegruppene A, C og G. I den antatte familigruppen A var bare ett individ samplet (Ind132). Dette er sannsynligvis moren, men vi kan ikke utelukke at det er en av ungene. Siden dette individet høyst 7

9 Tabell 3 Alle antatte familiegrupper der ingen av de innsamlede prøvene fungerte Antatt familiegruppe Län Prøver Feltinnsamlers kommentar O BD LS spårlöpor. Bakspårat föryngring, kluster av spår & legor vid kadaver. Ensamt djur kommit in västerifrån. Svårt att avgöra vem som skitit. P BD LS Hona med två ungar. Q Z LS06-110, LS (1) Hona med 2 ungar. 1A. (2) Hona med 2 ungar. 1C R AC LS Honan i denna grupp märkt med radiosändare, "Malgoviksgruppen". sannsynlig er av blandet opprinnelse (dvs at en av foreldrene kommer fra den svenske gaupebestanden mens den andre er en immigrant fra øst), ble vi spurt hvorvidt dette kunne være avkom av Ind51, som er den eneste østlige immigranten vi tidligere har funnet i den svenske gaupebestanden. Analysene våre viste imidlertid at en mor/avkoms-relasjon kunne utelukkes mellom Ind51 og Ind132. Når det gjelder familiegruppe C, synes det klart at Ind109 er avkom av Ind61, en hona som ynglet også i Situasjonen i dette området kompliseres imidlertid av at alle individer som er samplet synes å være svært nært beslektet. Dette gjelder Ind62 og Ind72, foruten nevnte Ind61 og Ind109. Ind62 er tidligere verifisert som avkom av Ind61, mens statusen til Ind72 er mer uklar. Hun kan være søster eller mor til Ind61, og således moster eller mormor til Ind62. En søskenrelasjon til Ind62 kan heller ikke utelukkes. En mer detaljert utredning av disse slektskapsforholdene krever høyere oppløsning, som kan oppnås ved å inkludere flere genetiske markører. Analysen av årets materiale har avdekket flere tilfeller der en høyere oppløsning kunne være ønskelig, og vi vil derfor høyst sannsynlig inkludere flere markører i fremtidige analyser. Den siste familiegruppekonstellasjonen som var av spesiell interesse for feltpersonalet er lokalisert på grensen mellom Norrbotten og Västerbotten (Familiegruppe G; Fig 2). Her opererte feltpersonalet med to sannsynlige ynglinger. Den ene av disse ble verifisert gjennom slektskapsanalyser, med Ind49 og Ind111 som henholdsvis mor og far, og individene 112, 116 og 124 som avkom (Familegruppe G). Det som feltperonalet på bakgrunn av to spårlöpor tolket som ytterligere en familiegruppe, viste seg imidlertid å være to hanner (Ind126, Ind129), som tilsynelatende er svært nært beslektet. Ingen av disse individene synes å være i slekt med individene i familigruppe G, og begge har en DNA-profil som tilsier at de er rene immigranter (Fig 5). Denne observasjonen er ikke enkel å tolke, men et mulig scenario er at dette er to brødre som av en eller annen grunn har valgt å gå sammen helt fra Finland. Dette er i høyeste grad en overraskende observasjon, men dataene våre tilsier at dette er den mest sannsynlige tolkningen. Et alternativt scenario ville være at begge disse hannene gikk sammen med hver sin hunn, og at ingen av hunnene var samplet. Det virker imidlertid svært usannsynlig at to immigranter uavhengig av hverandre har funnet seg hver sin hunn såpass langt fra den finske bestanden. En siste mulighet kunne være at begge disse var født i den svenske bestanden. Det at de imidlertid har en genotype som indikerer et rent østlig opphav, og at både mor og far således skulle være østlige immigranter som hadde reprodusert sammen i Sverige, virker enda mindre sannsynlig, gitt den lave immigrasjonsraten fra øst. Vi mener derfor at det skisserte scenariet med to immigrerende brødre tross alt er det mest sannsynlige. Konklusjonen må altså bli at disse syv individene (49, 111, 112, 116, 124, 126, 129) høyst sannsynlig utgjør bare en familiegruppe pluss to hanner på vandring. 8

10 Ti av de rapporterte ynglingene kunne ikke formelt testes. For seks av dem (A, B, H, J, K, L; Fig 2, 3) var bare et individ representert blant de fungerende prøvene. Ingen av disse var tidligere kjente reproduserende individer. For de fire siste rapporterte familiegruppene fungerte ingen av de innsamlede prøvene (Tabell 3). I et av disse tilfellene var imidlertid den reproduserende hunnen radiomerket (Malgoviksgruppen; R). KONKLUSJON Basert på årets materiale kunne vi verifisere 8 av de 18 rapporterte ynglingene gjennom slektskapsanalyser. I tillegg kommer en yngling der den reproduserende hunnen er radiomerket. Også tidligere har vi kunnet verifisere ca halvparten av de rapporterte ynglingene. Det ville imidlertid vært ønskelig med en enda høyere andel av verifiserte ynglinger. Derfor understreker vi igjen viktigheten av å sample så mange prøver som mulig i områder med antatte ynglinger, gjerne gjennom flere sampling sessions. Det at andelen verifiserte ynglinger er lavere enn ønskelig skyldes også at en god del av de innsamlede prøvene ikke lar seg analysere, og en høyere suksessrate ville være ønskelig. Erfaring fra tilsvarende metodikk på andre arter (jerv, ulv, bjørn) viser imidlertid at suksessraten sjelden overstiger 60 %, og forsøk på å reanalysere ikke-fungerende prøver har gitt svært liten gevinst i form av mer data. En sjelden gang kan imidlertid en slik reanalyse gi resultater. Derfor, i tilfeller der prøvene anses som spesielt verdifulle, bør en slik reanalyse vurderes. Utover selve verifiseringen av familiegrupper, er det verdt å merke seg de østlige immigrantene godt inne på svensk territorium i nord. Det er også grunn til å trekke fram at vi i år for første gang har kunnet verifisere yngling i sør. REFERANSER Hellborg L, Walker CW, Rueness EK, et al. (2002) Differentiation and levels of genetic variation in northern European lynx (Lynx lynx) populations revealed by microsatellites and mitochondrial DNA analysis. Conservation Genetics 3, Marshall TC, Slate J, Kruuk L, Pemberton JM (1998) Statistical confidence for likelihoodbased paternity inference in natural populations. Molecular Ecology 7, Menotti-Raymond M, David VA, Lyons LA, Schaffer AA, Tomlin JF, Hutton MK, O'Brien SJ (1999) A genetic linkage map of microsatellites in the domestic cat (Felis catus). Genomics 57, Pritchard JK, Stephens M, Donnelly P (2001) Inference of population structure using multilocus genotype data. Genetics 155,