lohi

Evoluutio pienentää lohia Utsjoen keskustan tuntumassa - latvavesien kalat ennallaan

To, 11/15/2018 - 07:00 Jarmo Korteniemi
Kuva: Ilkka Jukarainen / Flickr

Tuoreen tutkimuksen mukaan Tenojoen lohien evoluutio tekee niistä aiempaa pienempiä. Muutos koskee ilmeisesti kuitenkin vain tiettyjä lohipopulaatioita joen varrella.

Evoluutio ajaa Tenojoen keskivaiheilla kutevissa lohissa nopeaa muutosta. Nuorempina sukukypsyyden saavuttavat koiraat ovat viime vuosikymmeninä yleistyneet ja vanhat taas käyneet harvinaisiksi.

1970-luvun puoliväliin asti oli kutemaan noussut lohikoiras vaeltanut maailman merillä keskimäärin 2,2 vuotta, nykyisin vain 1,3 vuotta.

Ikärakenteen muutos tarkoittaa myös jokeen nousevien lohien keskimääräisen koon pienenemistä.

Lohisaaliiden ja aiempien tutkimusten perusteella suuntaus on ollut selvä jo vuosikymmeniä. Tuore tutkimus kuitenkin osoittaa syyn: Kaloilla on yleistynyt nuorena aikuistumaan ajava geenimuoto. Kyse ei siis ole jostain ohimenevästä muutoksesta, kuten hormonitasapainosta. Taustalla on evoluutio, jonka tuloksia voidaan nähdä jo nyt, vain muutamassa vuosikymmenessä.

Turun ja Helsingin yliopistojen sekä Luonnonvarakeskuksen tutkimus julkaistiin Nature Ecology and Evolution -tiedelehdessä.

Tutkimusryhmä on löytänyt jo aiemmin lohen perimästä tietyn geenin (Vgll3), joka ilmiselvästi vaikuttaa lohen sukukypsyysikään. Geenistä on kaksi muotoa eli alleelia, jotka määräävät kuinka nopeasti kala tulee sukukypsäksi. Tutkimuksen mukaan hidasta aikuistumista suosiva alleelli Vgll3*L on nykyään harvinaistumassa ja nuorempia aikuisia tuottava Vgll3*E taas yleistyy.

"Aiempi tutkimuksemme osoitti, että lohen sukukypsyysikä alenee. Nyt halusimme nähdä, näkyykö muutos myös lohen perimässä eli onko kyseessä myös evolutiivinen muutos. Nyt se on osoitettu ja voidaan sanoa, että todistamme evoluutiota vauhdissa", kertoo akatemiaprofessori Craig Primmer Helsingin yliopistolta.

Tutkimuksessa perehdyttiin noin 2000 lohen perimään. Kalat on pyydetty noin 40 vuoden aikana ja ovat peräisin kahdesta erillisestä populaatiosta: Toisen kotivedet ovat Tenojoen keskivaiheilla Utsjoen keskustasta 10-20 kilometriä ylä- ja alavirtaan, toisen taas kaukana yläjuoksulla Inarijoessa.

Mielenkiintoista on, että valintapaine on nuorentanut lähinnä vain Tenojoen koiraslohia. Saman populaation naaraissa ikämuutos on ollut minimaalista: 1970-luvulla keskivertonaaras nousi kutemaan kolmen merivuoden jälkeen, nyt "vain" 2,7 vuoden jälkeen. Syytä sukupuolten väliselle erolle (tai edes ikärakenteen muutokselle) ei vielä tiedetä, mutta joitain spekulaatioita voidaan kuitenkin esittää.

On vielä epäselvää, mitkä valintapaineet nuorentavat juuri koiraita ja miksi. Syy voisi olla Tenon kalastuksessa, joka poistaa populaatiosta erityisesti suuria ja vanhoja yksilöitä. Ne kun tuppaavat olemaan yleensä koiraita, mutta toisaalta ne voivat hyvinkin olla uudelleen kutijoita. Syy voi kuitenkin olla myös muualla, kuten vaellusalueissa, ruuassa, tai vaikkapa sukupuolten välisissä käyttäytymiseroissa. On myös selvää, että suuresta koosta on hyötyä naaraalle, kun taas nuoruus voi olla edullisempaa koiraalle.

Vanhojen naaraiden suuri koko lienee niille niin suuri lisääntymisvaltti, että nuorena lisääntymisen mahdollisesti tuomat edut jäävät rytäkässä toiseksi. Suuret lohinaaraat ovat vahvempia, niillä on merkittävästi enemmän mätiä, ja siksi ne saavat paljon enemmän jälkeläisiä kuin nuoremmat kanssasisarensa.

Koiraslohille taas on etua nuorempana aikuistumisesta, sillä jokainen merellä vietetty vuosi lisää riskiä kuolla ennen suvunjatkamista. Uhkatekijöitä ovat esimerkiksi kalastus ja ympäristömuutokset. Näin kutuvesille palaaminen vuotta tai paria aiemmin kuin hitaammin kypsyvät kilpailijat onkin selvä valtti. Kutumenestykseen ei koiraan koolla taas liene juuri väliä. Osa koiraista tulee sukukypsiksi hyvin varhain jo joessa, ja välttyvät näin merten vaaroilta.

Inarijoessa eli Tenojoen toisessa latvahaarassa kutevissa lohissa ei ikärakenteen muutosta havaittu ollenkaan. Sikäläiset lohet ovat jo 40 vuoden ajan olleet merkittävästi nuorempia kuin Tenon keskivaiheilla - koiraat lähtevät sieltä merille lähes poikkeuksetta vain vuodeksi, naaraat vaihtelevasti vuodeksi tai pariksi. Syy voi olla siinä, että Inari on jokena Tenoa merkittävästi pienempi, eikä kaloja pienentävä geenimuoto anna siellä enää kilpailuetua. Tai kenties Inarijoen lohet vaeltavat eri merialueilla kuin Tenon lohet. Tai jotain aivan muuta. Tutkimus aiheesta jatkuu.

Tenojoki sivuhaaroineen on osoittautunut maailman monimuotoisimmaksi lohijoeksi. Alueella esiintyy noin 30 perinnöllisesti erilaistunutta lohikantaa, joista nyt tutkittiin kahta. Osa kannoista on elinvoimaisia, kun taas toiset, kuten juuri Inarijoen populaatio ovat taantuneita ja tärkeiden elvytystoimien alaisia.

Tutkimus perustuu lohien suomuista kerättyyn DNA-aineistoon. Tenojoesta ja sen sivujoista kalastettujen lohien tietoja on kerätty tutkimustarkoituksiin lähes 40 vuoden ajan. Luonnonvarakeskuksen varastoissa onkin suomunäytteitä jo noin 150 000 kalasta.

Lohen ikä korreloi hyvin koon kanssa: Mitä useampia vuosia kala vaeltaa merellä ennen palaamista kotijokeen kutemaan, sitä suurempi se on. Jokainen merillä vietetty vuosi jotakuinkin tuplaa kalan pituuden. Meri-iän katsotaankin määräävän noin 80 prosenttia lohen koosta.

Päivitys 16.11.2018: Lisätty diagrammikuva, kappale valintapaineesta, sekä lisätietoa koiraiden strategioista.

Lähteet: Czorlich ja kumpp. Rapid sex-specific evolution of age at maturity is shaped by genetic architecture in Atlantic salmon (Nature Ecology & Evolution 2018), Erkinaro ja kumpp. Life history variation across four decades in a diverse population complex of Atlantic salmon in a large subarctic river (CJFAS 2018), Luonnonvarakeskuksen Tenojoen lohi -sivut, Helsingin yliopiston tiedote, Luonnonvarakeskuksen tiedote, Primmer: Detecting rapid evolution in salmon: the importance of citizen science and evolving study designs (Nature E&E blog 2018), keskustelu Craig Primmerin kanssa.

Otsikkokuva: Ilkka Jukarainen / Flickr

Tutkija kuuntelee lohen sisäkorvan ääniä ja pääsee syvälle kalojen maailmaan

Pe, 02/23/2018 - 12:38 Jari Mäkinen

Lohikalojen vaellusta voi seurata kuuntelemalla ekologista dataa. Kun tiedot käännettään ääniksi, voivat tutkijat kuunnella kalojen liikkumista valtameresta vaellusjokiin ja joesta toiseen – ääni vie lähes kalojen mukaan polskimaan idaholaiseen lohijokeen.

Tutkimuksen kohteena oli Yhdysvaltain Idahossa sijaitseva Snake River, 1740 kilometriä pitkä Columbiajoen suurin ja pisin sivujoki.

Joki on tunnettu lohikaloistaan, mutta ihmisen toiminta muuttaa joessa elävien Chinook-lohien vaellusreittejä olennaisesti. Näiden reittien muutosten ymmärtämiseksi tutkijat keräävät yksityiskohtaista tietoa lohien liikkumismalleista laajalta alueelta ja lyhyissä aikajaksoissa.

Yksi keino jäljittää lohien vaellusta on tutkia lohen tasapaino- ja kuuloelimen kemiaa.

Olennaisessa osassa on otoliitiksi kutsuttu sisäkorvan tasapainokivi, jonka toiminnasta kertovat nauhoitukset sisältävät tietoa siitä, missä kala on liikkunut ja kuinka kauan pysynyt aloillaan.

Tilastolliset välineet eivät riitä vangitsemaan yksityiskohtia kalan liikkeistä. Visuaalisesta analyysistakin tulee nopeasti liian monimutkaista tulkittavaksi, joten tutkijaryhmä päätti ottaa kokonaan erilaisen lähestymistavan: sonifikaation.

Muuttamalla tietoja ääneksi, pystyy jopa asiaan vain vähän tutustunut kuulija tulkitsemaan monimutkaista dataa. Menetelmä tarjoaa uuden mahdollisuuden käsitellä suuria tietomassoja koskevaa ns. big dataa.

Idean sonifikaation käytöstä lohivaelluksen hahmottamiseen sai Tampereen yliopistossa parhaillaan vierailijaprofessorina oleva Jonathan Middleton. Hän on tästä juuri Heliyon-tiedelehdessä julkaistun tutkimuksen tekijöistä yhdessä Idahon yliopiston, Eastern-Washingtonin yliopiston ja Virginian yliopiston tutkijoiden kanssa.

Jo aiemmin Middleton on käyttänyt sonifikaatiota tutkimuksen apuna. Hän on jopa säveltänyt musiikkia punapuun DNA:n pohjalta ja tehnyt molekyylisävelmiä proteiinin rakenteesta.

Kuten aiemmin, työ tuotti paitsi kiinnostavaa lisätietoa tutkimuksesta itsestään, niin myös tavasta hahmottaa tietoa.

Tutkimusryhmä testasi menetelmäänsä esittämällä äänidataa kouluttamattomille kuuntelijoille. Tulokset osoittavat, että kuuntelijat ovat kaikkein herkimpiä arvioimaan äänenkorkeutta ja äänensävyä.

Tutkijat esittivät äänidataa kuulijaryhmälle visualisoinnin kanssa ja ilman sitä. Tulosten mukaan kuuntelijat erottivat kalojen liikkeet paremmin ilman visualisointia. Tämä osoittaa, että ääni on yksinään tehokkaampi tapa välittää tietoa lohien liikkumisesta.

Lohiääniä voi kuunnella ja kalojen liikettä katsella tutkimusryhmän tekemällä videolla: