So long and thanks for all the fish: Fisheries erode adaptive potential.

Abstract

Kalastus poistaa suuria määriä ja useimmiten isoja kaloja populaatiosta, koska kalastajat suosivat suuria yksilöitä. Tätä kutsutaan suuntaavaksi kalastusvalinnaksi ja sen vaikutuksista kalapopulaatioihin tiedetään vasta vähän. Kokoon kohdistuva suuntaava valinta saattaa vähentää perinnöllistä ja ilmiasuvaihtelua populaatiossa, mikä puolestaan saattaa vähentää populaation kykyä sopeutua muutoksiin. Kun kalakannan koko pienenee, kalastus voidaan kieltää, jotta populaatio toipuisi. Ei kuitenkaan tiedetä, tapahtuuko toipumista ja miten kalastuksen lopettaminen vaikuttaa populaation kykyyn sopeutua muutoksiin. Käytin kokeellisia seeprakalapopulaatioita (Danio rerio) ymmärtääkseni kokoon kohdistuvan kalastuksen ja kalastuksen lopettamisen vaikutuksia kalapopulaatioihin. Populaatiot oli viiden sukupolven ajan altistettu kokoon kohdistuvalle kalastukselle, jonka jälkeen niiden oli annettu toipua kymmenen sukupolven ajan. Kokoon kohdistuva valinta suosi joko suurta tai pientä kokoa tai populaatiosta poistettiin satunnaisen kokoisia kaloja. Tutkin (1) kalastuksen aiheuttamia muutoksia perimässä ja etenkin vertailin muutoksia suuntaavan valinnan ja satunnaisesti valittujen linjojen välillä, (2) muutoksia perimässä, kun kalastus lopetettiin ja (3) millaisia vaikutuksia suuntaavalla valinnalla yhdessä lämpötilastressin kanssa oli kalojen elinkierto-ominaisuuksiin, fysiologiaan, käyttäytymiseen, perimään ja ihon mikrobistoon. Muutokset perimässä riippuivat valinnan suunnasta ja niissä oli satunnaisuutta. Kalastuksen lopettamisen jälkeen perimä muuttui edelleen ja perinnöllinen vaihtelu väheni. Populaatiot, jotka altistuivat suuntaavalle valinnalle, olivat herkempiä lämpötilastressille. Suuntaava valinta ei vaikuttanut kalojen ihon mikrobistoon. Väitöskirjani osoittaa, että suuntaava valinta voi vaikuttaa populaatioiden perimään ja vähentää populaation kykyä sopeutua muutoksiin sekä yksilöiden kelpoisuutta. Kokoon kohdistuvan valinnan suunnalla ei niinkään ole vaikutusta, vaan itse valinnalla. Täten kokoon kohdistumaton valinta saattaa olla ihanteellisempi strategia kalastuksen säätelyssä, kuin kokoon kohdistuva.

Avainsanat: Kalastus; kelpoisuuden mittaaminen, kokoon kohdistuva valinta; lämpötilastressi; moninaiset stressitekijät; populaatiogenomiikka; suuntaava valinta.

Fisheries not only deplete fish populations but are size-selective, removing the largest individuals in the population. The effects of directional selection are little known compared to bottlenecks and loss of diversity associated with overharvesting. This directional selection for body size can lead to loss of genomic and phenotypic diversity, leading to a loss of adaptive potential. To alleviate population loss, fisheries may halt harvesting to allow for population recovery. It is unknown whether a period of recovery prevents further genomic divergence and loss of adaptive potential. To address these questions, I used a model zebrafish system that had been exposed to five generations of size-selective harvesting, followed by ten generations of recovery. Two lines had experienced directional selection for either large or small body size, whilst one line was subject to random removal of individuals. I used a combination of molecular approaches and a long-term experimental study system to (1) determine the genomic change after an overharvesting event, and whether directional selection exacerbates such change, (2) whether a period of recovery prevents further genomic divergence, and (3) how directional selection interacts with exposure to thermal stress to influence physiology, life history, behaviour, genomic markers, and skin microbiota. I found that the change in genomic architecture depended on the direction of selection after harvesting and was stochastic between line replicates. Furthermore, I found that despite a recovery period, genomic architecture continues to change and genomic diversity decrease. Moreover, I found that directional selection increases susceptibility to thermal stress, decreasing fitness based on phenotypic measurements and genomic markers. I also find that a legacy of directional selection does not influence skin microbiota. Taken together, a legacy of directional selection can alter genomic architecture, and degrade adaptive potential of a population, reducing fitness of individuals. Crucially, I find that direction of selection does not matter as much as the act of selection itself, and that a balanced harvesting approach may be the optimum strategy to manage fisheries.

Keywords: Directional selection; fitness components; fisheries; multiple stressors; population genomics; size-selection; thermal stress