Genetiske fingeraftryk identificerer torsk

Transkript

1 Genetiske fingeraftryk identificerer torsk Einar Eg Nielsen Michael Møller Hansen Danmarks Fiskeriundersøgelser, Afdeling for Ferskvandsfiskeri Forskere ved DFU har vist at der er store genetiske forskelle mellem torsk fra Nordsøen, Østersøen og Barentshavet. Forskellene er så store at det for første gang for en marin fiskeart er muligt at henføre enkelte fisk til deres oprindelsesbestand med næsten 100% sikkerhed. Metoden åbner nye perspektiver for studier af torsks biologi, f.eks. af hvordan torskelarver fra forskellige bestande driver rundt med havstrømmene. Samtidig giver metoden mulighed for kontrol af ulovligt fiskeri, selv efter at fisken er landet og forarbejdet.... GENETISKE FINGERAFTRYK IDENTIFICERER TORSK 28 Torsk har traditionelt været en af verdens, økonomisk set, allervigtigste fiskearter. I de senere år er mange torskebestande dog blevet kraftigt reducerede. Dette er hovedsageligt sket på grund af for kraftigt fiskeri, men også delvis på grund af ændringer i miljøet i nogle af havområderne. Nedgangen i forekomsten af torsk er blevet fulgt op af fredninger og kraftige reduktioner af kvoterne. Torskefiskeriet er i dag således overalt i verden meget kraftigt reguleret. Noget er der galt, og på den baggrund er der et stort behov for at få præcise oplysninger om biologien hos denne fisk, således at et bæredygtigt fiskeri kan opnås. Bestandsopdeling hos torsk Truede bestande skal naturligvis fredes, og her melder det første problem sig, for hvad er en bestand? Traditionelt er marine fiskebestande blevet opdelt på baggrund af havområde. Denne opdeling er praktisk, men langt fra ideel. Den afspejler nemlig ikke altid den biologiske opdeling, hvor en bestand defineres som: en gruppe af individer som er helt eller delvist reproduktivt isoleret fra andre artsfæller. Hvis en sådan isolation forekommer hos torsk, vil der med tiden opstå genetiske forskelle mellem bestandene. Populationsgenetik, som er læren om hvordan genetisk variation er fordelt inden for og mellem bestande (populationer), er derfor meget velegnet til at afsløre opdeling i biologiske bestande. Torsk har på grund af sin store økonomiske betydning i mange år været genstand for populationsgenetiske undersøgelser hvis formål har været at belyse bestandsstrukturen. Der har dog været en del usikkerhed omkring antallet af bestande og deres geografiske udbredelse. Generelt er man dog enige om at der er genetiske forskelle mellem torsk fra Nordøst- og Nordvestatlanten. Men også inden for disse områder findes der genetiske forskelle. Således har man påvist at der findes en række adskilte gydebestande omkring Newfoundland i Nordvestatlanten, og man har længe vidst at torsken i Østersøen var en særskilt bestand. Helt enige er man dog langt fra endnu. Dette skyldes først og fremmest at de traditionelle genetiske metoder ikke har været følsomme nok til at afsløre de genetiske forskelle mellem bestandene. Med nye DNA-baserede metoder og tilhørende statistiske udviklinger er der dog rådet bod på dette forhold. Princippet er skitseret i Figur 1.

2 fisk & hav 2003 nr. 55 indsamling af basisprøver dna- og statistisk analyse bestand 1 bestand 2 Figur 1 princip for dnaidentifikation Basisprøver fra forskellige bestande bliver indsamlet. DNA- og statistiske analyser afslører forskelle mellem bestandene. Efterfølgende kan man afgøre hvorfra torsk af ukendt herkomst stammer. identifikation af individer af ukendt oprindelse Store genetiske forskelle Til vores studie indsamlede vi, i samarbejde med DFU s Afdeling for Havfiskeri, vævsprøver fra de tre hovedbestande af torsk i det nord-østlige Atlanterhav, fra Nordsøen, Østersøen og Barentshavet (norsk arktisk torsk). For at være sikre på at den genetiske sammensætning af torsk i et område ikke ændrede sig fra år til år, indsamlede vi på samme lokalitet prøver fra forskellige år. De genetiske analyser blev foretaget ved hjælp af ni meget følsomme genetiske markører, såkaldte DNA mikrosatelliter. 29

3 GENETISKE FINGERAFTRYK IDENTIFICERER TORSK Tabel 1 Estimater af parvise genetiske forskelle i procent mellem bestandene. 30 Analyserne afslørede store genetiske forskelle mellem de tre torskebestande (se Tabel 1), og disse forskelle var konsistente mellem fra år til år. Disse forskelle er nogen af de største som overhovedet er observeret mellem bestande af marine fisk og specielt for klassiske marine fisk, det vil sige arter med stort udbredelsesområde, store bestande og fritlevende æg og larver. I tabellen er forskellen mellem bestandene angivet som en Fst -værdi. Denne værdi er et mål for hvor stor en del af den totale genetiske variation der er fordelt mellem bestande. 3-7% lyder måske ikke umiddelbart af så meget i forhold til de 93-97% som er fælles for bestandene, men for at sætte det i perspektiv svarer det næsten til de forskelle man observerer mellem de tre hovedracer hos menneskene! bestand nordsø østersø Nordsø - Østersø 4.7 % - Norsk Arktisk 3.2 % 7.3 % Identifikation af individer Vi ønskede dernæst at blive i stand til at tage en enkelt torsk af ukendt afstamning og præcist sige om den tilhørte Nordsøbestanden, Østersøbestanden eller den norsk-arktiske bestand. Til dette anvendte vi en nyudviklet modelbaseret statistisk metode. Populært sagt grupperer metoden individer baseret på hvor ens deres genetiske fingeraftryk er. Første skridt var at forsøge at henføre individer fra basisprøver af kendt oprindelse til bestand (se Figur 2). Her fortalte vi modellen hvor torskene kom fra, inden den forsøgte at gruppere dem. Det vil med andre ord sige at vi undersøgte om de genetiske forskelle mellem bestandene var tilstrækkelige til at individuelle torsk i vore basisprøver blev henført til den bestand vi vidste de stammede fra. Dette er også en metode man kan bruge til at undersøge, om der eksempelvis i en prøve af torsk fra Østersøen findes strejfere fra Nordsø-bestanden. Som det ses på figuren (2.1), blev næsten alle torsk i basisprøverne henført til den bestand de stammede fra. Eksempelvis blev 99% af torskene indsamlet i Nordsøen henført til denne bestand, mens kun 1% blev henført til Barentshavet (Norsk Arktisk). Et meget lovende resultat, men vi ville også gerne vide hvor robust modellen var over for fisk som vi ikke kendte oprindelsesbestanden for. Det ultimative mål var jo at henføre torsk af ukendt oprindelse til den rigtige bestand. Til dette anvendte vi 30 ekstra torsk fra henholdsvis Nordsøen og Østersøen. Vi undlod at fortælle modellen hvor de kom fra. Som det ses af Figur 2.2, var modellen stort set i stand til at henføre alle ukendte individer til den korrekte bestand. Det betyder at individerne henføres til den korrekte bestand, selvom de ikke er inkluderet i basisprøverne. Man kan med andre ord henføre enkelte ukendte fisk uden at skulle indsamle ny basis. Vi fik så stor sikkerhed i vores resultater at vi nu ved genetisk analyse af bare 3-5 torsk som menes at stamme fra en af de tre bestande, kan få en helt sikker konklusion på deres oprindelsesbestand. Studier aftorskens biologi At kunne henføre enkelte torsk i Nordøstatlanten til deres oprindelsesbestand åbner nye perspektiver for studier af torskens biologi. Eftersom vi nu ved at alle fisk fra en bestand besidder et genetisk fingeraftryk som karakteriserer

4 fisk & hav 2003 nr basis nordsø 1 % 0 % 0 % østersø 1 % 0 % norsk arktisk Figur 2.1 henførelse af torsk til deres oprindelsesbestand 99 % 99 % 100 % ukendte Figur 2.2 ukendte (nordsø) ukendte (østersø) 93 % 100 % nordsø østersø bestanden, er det for eksempel muligt at identificere andelen fra forskellige bestande i områder og på tidspunkter hvor bestandene blandes. Hvis man eksempelvis på et tidspunkt observerer flere torsk i et område end man kan forklare ud fra beregninger af den lokale gydebestands størrelse, så vil man nu være i stand til at afgøre om det er fisk fra en anden bestand som er svømmet ind i området, eller om man har estimeret gydebestandens størrelse forkert. Det genetiske fingeraftryk er naturligvis det samme for et individ på alle livsstadier, og derfor kan man nu også henføre æg og larver til deres oprindelsesbestand. Det giver en mængde nye muligheder for økologiske studier af også disse livsstadier, for æg og larver kan man jo ikke påføre et fysisk mærke som dem vi mærker større fisk med. Nu kan man med den genetiske metode f.eks. undersøge hvordan torskelarver fra forskellige bestande driver rundt med havstrømmene. Nye muligheder i forvaltningen Metoden kan derudover anvendes til at be- eller afkræfte ulovligt fiskeri på bestande som er fredede, eller hvor kvoten er brugt op. Hvis der er torskestop i Østersøen, og man har mistanke om at der er fisket ulovligt, kan dette sandsynliggøres ved at undersøge blot nogle få torsk fra lasten. Men selv efter at fisken er landet er det muligt at afgøre hvorfra den kommer! Cellernes arvemateriale, DNA et, forsvin- 31

5 GENETISKE FINGERAFTRYK IDENTIFICERER TORSK der naturligvis ikke fordi fisken bliver aflivet og fileteret, og selv efter nogle typer forarbejdning kan man stadig få DNA af rimelig kvalitet ud af fisken. Det betyder at man kan gå helt ud i butikkerne og i fryseanlæg og undersøge om torsken også stammer fra den bestand som det er blevet oplyst. Der er dog begrænsninger i metodens anvendelse. Først og fremmest kan metoden kun skelne mellem torsk fra forskellige biologiske bestande, og ikke mellem torsk fra forskellige områder. Man kan derfor ikke bruge metoden til at afgøre om forbud mod fiskeri i bestemte områder af en bestands udbredelse er blevet overholdt. For eksempel med oprettelsen af et fredet område i Nordsøen, den såkaldte Torskekasse, ville det ikke være muligt at afgøre om torskene kom derfra eller fra andre lovlige områder inden for Nordsøtorskens udbredelsesområde. Ligeledes er det i områder hvor bestandene blandes eller hybridiserer (parrer sig med hinanden), ikke muligt at afgøre i hvilket geografisk område en fisk er fanget. Dette ses blandt andet i de indre danske farvande Kattegat, Bælthavet og østlige Østersø, hvor bestandene fra Østersøen og Nordsøen hybridiserer. Perspektiver Trods de omtalte begrænsninger er der mange flere spændende muligheder i den nyudviklede metode. Vores metode er foreløbig udviklet for de omtalte bestande i Nordøstatlanten, men kan uden problemer udvides til at omfatte flere torskebestande (f.eks. fra Nordvestatlanten). Vi forventer yderligere at denne type undersøgelser i fremtiden vil blive anvendt ikke bare på torsk, men til de fleste bestande af marine fisk. I øjeblikket arbejder vi på at udvikle metoden for blandt andet pighvar, skrubbe og sild, mens den for ferskvandsfisk allerede er udviklet for laks, ørred og den stærkt truede snæbel. Fisk er en vigtig ressource, som må forvaltes med omhu, især hvis målet er et bæredygtigt fiskeri. For mange fiskearter gælder det at hvis en bestand bare én gang er fisket helt i bund, så tager det mange år før den når tilbage til sin oprindelige størrelse. Til at undgå sådanne fatale fejltagelser er det vigtigt at man har tilstrækkelig biologisk viden om de forskellige arter, deres opdeling i bestande samt at man har værktøj til at identificere dem. Litteratur: Nielsen, E.E., M.M. Hansen, C. Schmidt, D. Meldrup & P. Grønkjær, Population of origin of Atlantic cod. Nature 413,