Identification of two cryptic Baltic Sea flounder species using otolith shape analysis

Abstract

Itämeri on haastava elinympäristö eliölajeille. Sen syntyhistoria ja nykyiset olosuhteet vaikeuttavat lajien levittäytymistä alueelle ja toisaalta aiheuttavat sopeutumista, jopa lajiutumista. Itämeressä on havaittu uusi endeeminen kampelalaji, Itämeren kampela, jota ei voida erottaa kampelasta ulkoisten ominaisuuksien perusteella. Sopivan tunnistusmenetelmän löytäminen on tärkeää sekä luonnonsuojelun että kalatalouden tarpeisiin. Tässä työssä tutkittiin onko Itämeressä esiintyvien kryptisten kampelalajien otoliittien ääriviiojen muodossa eroja ja arvioitiin onko otoliitin ääriviivan muotoon perustuvua muotoanalyysi lajeille sopiva tunnistusmenetelmä. Lisäksi tutkittiin erottaako menetelmä Pulmankijärvessä esiintyvät kampelat Itämeren sukulaisistaan. Menetelmänä käytettiin R- tilasto-ohjelmiston shapeR- pakettia. Tutkimusta varten geneettisin menetelmin tunnistettujen kampeloiden otoliitit kuvattiin ja saadulle aineistolle suoritettiin muotoanalyysi Wavelet ja Fourier menetelmillä shapeR- pakettia käyttäen. Klusterianalyysillä ja lineaarisella erottelevalla analyysillä arvioitiin, kuinka hyvin eri lajien ja populaatioiden yksilöt voidaan tunnistaa ja lisäksi ANOVA:lla tutkittiin otoliiteista kerättyjä muoto muuttujia. Otoliitin koko muuttujat eivät eronneet tilastollisesti merkittävästi lajien välillä, otoliitin eri puolien välillä tai saman yksilön vasemman ja oikean otoliitin välillä. Kun kaikkia ryhmiä tutkittiin samaan aikaan, otoliitin ääriviivan muodossa oli ryhmien välillä tilastollisesti merkitseviä eroja. Tunnistusprosentti kaikkien tutkittujen ryhmien välillä lineaarista erottelevaa analyysiä käyttäen oli 74%. Vaikka tunnistusprosentti oli varsin hyvä (77 %) Itämerestä pyydettyjen lajien välillä, otoliittien ääriviivojen muodossa ei ollut tilastollisesti merkittäviä eroja standardoituja Wavelet tai Fourier kertoimia käytettäessä. Korkein saatu tunnistusprosentti Itämeren ja Pulmankijärven kampeloiden välillä oli 65% ja Itämeren kampelan ja Pulmankijärvestä pyydetyn kampelan välillä 90%. Vaikka tunnistusprosentit olivat korkeita, ryhmien tunnistusmenestyksen tarkempi tarkastelu osoitti, että korkea kokonaistunnistusprosentti perustuu menetelmän kykyyn tunnistaa lähes kaikki Itämeren kampela yksilöt oikein ja muut ryhmät heikosti. Otoliittien ääriviivan muoto analyysi ei siis ole luotettava tunnistusmenetelmä tutkituille lajeille. Jatkossa on syytä tutkia voidaanko muotoanalyysin tunnistusastetta parantaa.

The Baltic Sea is a challenging environment for species. Its formation history and current state cause adaptations and even drive speciation. A new endemic flounder species, the Baltic flounder, has been found in the Baltic Sea and new information about its ecology is needed for species conservation and fisheries management purposes. The aim of this study was to examine whether there are differences in otolith shape between European flounder and Baltic flounder and evaluate whether otolith shape analysis can be used to identify these two flounder species. Additionally, it was studied whether shape analysis can recognize a separate population of European flounder from Lake Pulmankijärvi, Northern Lapland. Formerly collected, already identified, otolith samples were used in this study. Otoliths were photographed, and images were analyzed with statistical software R’ shapeR package. Analyses included Wavelet and Fourier reconstructions of otolith outlines, ANOVA like permutation test for correspondence analysis, cluster analysis and linear discriminant analysis. Additionally, ANOVA was used to study collected otolith size variables. Otolith size variables did not differ statistically significantly between species, between left and right otolith or between different sides of an otolith. There were statistically significant differences in otolith outline shape when all groups were studied together. The highest total classification rate between all groups was 74%. The total classification rate between European flounder from Baltic Sea and Baltic flounder was 77%, but there were no statistically significant differences in otolith outline shape either with standard Wavelet or Fourier coefficients. The total classification rate between European flounder samples from the Baltic Sea and Lake Pulmankijärvi was 65%, and between European flounder from the Lake Pulmankijärvi and the Baltic flounder 90%. However, when classification success was studied for each group, the method could classify most of the Baltic flounder samples correctly, while other groups it classified poorly. Outline shape analysis of otoliths is therefore not a reliable identification method for the studied species. Future studies should examine if the classification rate of shape analysis could be improved.