Advanced

First evidence of a phylogeographic pattern in the invasive Cladoceran Penilia avirostris

Rietz, Andréa (2020) BION02 20192
Degree Projects in Biology
Abstract
Penilia avirostris is a marine Cladoceran species typically occurring in tropical and subtropical regions. Several studies have revealed a global expansion of the species and an invasion of the North Sea since 1990. By analysing the phylogeny of the species, it could be possible to unveil its origin and direction of expansion. This molecular method has been applied for Cladoceran systematics with some success. This study examined the phylogeny of P. avirostris by using two genes, i.e. the mitochondrial cytochrome c oxidase subunit I (COI) and the internal transcribed spacer 2 (ITS2). A total of 44 individuals, sampled from the Sound, was analysed and compared with 34 COI haplotypes collected from genetic databases. Using a minimum spanning... (More)
Penilia avirostris is a marine Cladoceran species typically occurring in tropical and subtropical regions. Several studies have revealed a global expansion of the species and an invasion of the North Sea since 1990. By analysing the phylogeny of the species, it could be possible to unveil its origin and direction of expansion. This molecular method has been applied for Cladoceran systematics with some success. This study examined the phylogeny of P. avirostris by using two genes, i.e. the mitochondrial cytochrome c oxidase subunit I (COI) and the internal transcribed spacer 2 (ITS2). A total of 44 individuals, sampled from the Sound, was analysed and compared with 34 COI haplotypes collected from genetic databases. Using a minimum spanning network analysis, two groups originated from Europe and Oceania could be described, indicating a natural distribution. The ITS2 analysis was based on five reliable sequences of two haplotypes originated in the Sound. By determining the origin and describing the population structure of invasive species, it could be possible to predict expansions and plan actions for the management of marine ecosystems. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Konsten att släktforska på en 1mm stor vattenloppa

En vattenloppa är ett litet plankton som vanligtvis lever i sjöar, men ett fåtal bor i den marina miljön. En speciell vattenloppa, Penilia avirostris, kommer ursprungligen från varmare områden runt ekvatorn, men har sedan 1990 observerats i Nordsjön och därefter (2003) påträffats i Öresund. Men hur kan en liten vattenloppa, som lever i varmare vatten, dyka upp och överleva i våra kalla områden? Var kommer de ifrån? Hur har de kommit hit? Hur påverkas våra ekosystem?

Släktforskning på marina djur görs på samma vis som för människan. Vi studerar deras DNA. På människor skickar man in ett salivprov. På vattenloppor gör man det lite mer permanent och använder hela djuret. Först och... (More)
Konsten att släktforska på en 1mm stor vattenloppa

En vattenloppa är ett litet plankton som vanligtvis lever i sjöar, men ett fåtal bor i den marina miljön. En speciell vattenloppa, Penilia avirostris, kommer ursprungligen från varmare områden runt ekvatorn, men har sedan 1990 observerats i Nordsjön och därefter (2003) påträffats i Öresund. Men hur kan en liten vattenloppa, som lever i varmare vatten, dyka upp och överleva i våra kalla områden? Var kommer de ifrån? Hur har de kommit hit? Hur påverkas våra ekosystem?

Släktforskning på marina djur görs på samma vis som för människan. Vi studerar deras DNA. På människor skickar man in ett salivprov. På vattenloppor gör man det lite mer permanent och använder hela djuret. Först och främst måste man identifiera att man arbetar med rätt art. Sommaren 2018 samlades 74 individer in från två olika platser; utanför Ven och vid hamnen i Råå. Utifrån de 74 individerna analyserades 44 st. med PCR-metoden. En metod som kortfattat kopierar en viss sekvens i DNA. Därefter jämförs de svenska sekvenserna mot en världsomfattande databas. Databasen analyserar och berättar sannolikheten att sekvenserna tillhör en specifik art. Samtliga 44 analyserade sekvenser tillhörde arten Penilia avirostris till 100%, vi har dem i Öresund!

Samma DNA-sekvenser som bekräftade att de var av rätt art, förklarar även deras diversitet, det vill säga hur de är släkt med resten av världens alla andra Penilia. En sekvens kan innehålla mindre avvikelser (mutationer i DNA) som skiljer individer åt. Genom att jämföra skillnaderna kan man beskriva vilka som är mest lika varandra. De som är mer lika, antas vara närmre släktingar. Våra svenska individer tillhörde tre olika grupper. Två av grupperna var mer lika individer som härstammar från Europa (Svarta havet och Medelhavet), medan den tredje gruppen var mer lik individer som kommer från Oceanien (Kina, Perth, Hong Kong). De svenska DNA-sekvenserna beskriver alltså en genetisk diversitet som framförallt delas upp i två större släktskap, ett europeiskt och ett från Oceanien. Det här kan vara en början på hur evolutionen fungerar, när en art utvecklas till två.

För att ta reda på eventuella naturliga spridningsvägar kan man studera vattenströmmar och vattentemperaturer. Möjligen har Penilia avirostris spritt sig via havsströmmar inom de europeiska och oceaniska områdena. Inom samma områden är dock fartygstrafiken hög och vattenloppan kan ha åkt i fartygens barlastvatten, fått skjuts till nya områden. Samtidigt som Penilia avirostris dök upp i Nordsjön noterades dock en kraftig höjning av vattentemperaturen. Korrelationen med att arten ursprungligen kommer från varmare vatten och att temperaturen höjdes i norr, tillsammans med vattenströmmarnas riktning, kan tyda på att Penilia avirostris transporteras på naturlig spridningsväg.

Det finns andra marina arter som spridit sig till nya områden som påverkat ekosystemen mycket negativt. Hur Penilia avirostris påverkar i sitt nya habitat vet man mycket lite om. För det krävs ytterligare kunskap om hela ekosystemets näringsväv. Om Penilia avirostris äter upp någon annans föda eller om det kanske finns någon annan som gärna äter Penilia är frågor som borde undersökas mer. Genom att släktforska på främmande arter tillsammans med studier om hur de beter sig i sina naturliga områden, kan man förutspå potentiella risker för miljön.

Masterexamensprojekt i Biologi 45 hp 2020
Biologiska institutionen, Lunds universitet

Handledare: Per Carlsson
Akvatiska institutionen, Lunds universitet (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Rietz, Andréa
supervisor
organization
course
BION02 20192
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
language
English
id
9023493
date added to LUP
2020-06-30 12:11:23
date last changed
2020-06-30 12:11:23
@misc{9023493,
  abstract     = {Penilia avirostris is a marine Cladoceran species typically occurring in tropical and subtropical regions. Several studies have revealed a global expansion of the species and an invasion of the North Sea since 1990. By analysing the phylogeny of the species, it could be possible to unveil its origin and direction of expansion. This molecular method has been applied for Cladoceran systematics with some success. This study examined the phylogeny of P. avirostris by using two genes, i.e. the mitochondrial cytochrome c oxidase subunit I (COI) and the internal transcribed spacer 2 (ITS2). A total of 44 individuals, sampled from the Sound, was analysed and compared with 34 COI haplotypes collected from genetic databases. Using a minimum spanning network analysis, two groups originated from Europe and Oceania could be described, indicating a natural distribution. The ITS2 analysis was based on five reliable sequences of two haplotypes originated in the Sound. By determining the origin and describing the population structure of invasive species, it could be possible to predict expansions and plan actions for the management of marine ecosystems.},
  author       = {Rietz, Andréa},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {First evidence of a phylogeographic pattern in the invasive Cladoceran Penilia avirostris},
  year         = {2020},
}