Östersjön - vårt svenska Galapagos
Darwin åkte till Galapagos och började där förstå arternas uppkomst. Dagens evolutionsforskare åker till Östersjön. Här har utvecklingen gått mycket snabbt - på bara 8000 år har flera nya arter hunnit bildas.
Efter 18 timmars sträckkörning från Tjärnö marina laboratorium på västkusten når vi Järnäsklubb strax söder om Umeå. En kort nattsömn och sedan är det på med våtdräkter, cyklop och snorkel - vi ska samla in prover av smaltång, vilken utvecklats från blåstång, som växer häruppe. De cirka 10 centimeter stora smaltångsplantorna är väldigt buskiga och och mycket olika sina halvmeterhöga blåstångssläktingar på västkusten. Ändå är det bara 8000 år sedan den första blåstången vandrade in i Östersjön.
Så olika på så kort tid, hur kan det ha gått till? Tankarna går till Galapagos och Charles Darwins upptäckt att fåglar, sköldpaddor och leguaner på dessa öar i Stilla Havet hade förändrat sina utseenden kraftigt jämfört med hur de såg ut på det sydamerikanska fastlandet. Förändringar som fick Darwin att förstå att nya arter bildas ur redan existerande arter när de möter nya livsmiljöer.
En väldigt annorlunda miljö
Precis som förhållandena på Galapagosöarna skiljer sig från Sydamerikas, är Östersjön med sin låga salthalt väldigt annorlunda jämfört med Nordsjön och Atlanten. Galapagos ligger långt från fastlandet vilket gör att djur och växter inte så lätt kan färdas fram och tillbaka. På samma sätt är Östersjön avsnörd från Nordsjön genom trånga sund i Bälten och Öresund. Liksom arterna som en gång befolkade Galapagos förändrades genom naturligt urval och evolution, har de marina arter som vandrat in i Östersjön också genomgått evolution och blivit genetiskt förändrade. Skillnaden är att anfäderna till Galapagos djurvärld har varit isolerade i 3 - 5 miljoner år, medan Östersjöns kolonisering av marina arter började för bara 8000 år sedan.
Vattnet i Östersjön blir sötare längs en gradient norrut och österut. Siffrorna anger salthalt i promille. Källa: havet.nu/livet/fakta/att-leva-i-havet.
Få arter har vandrat in
Knappt tio procent av Nordsjöns marina arter har vandrat in i Östersjön. En del har bara vandrat en kort sträcka medan andra, som till exempel blåstång, sill och östersjömussla, har lyckats etablera sig i nästan hela Östersjön. Det innebär att dessa lever i en salthalt som är bråkdelen av oceanisk salthalt, 3 till 4 promille istället för 35 promille, och dessutom utan tidvatten och med risk för långvarig isläggning. Vad är det som är så speciellt med de arter som klarat detta jättekliv?
Genetisk variation behövs
Först och främst kan vi konstatera att de arter som klarat omställningen är väldigt vanliga arter, både i och utanför Östersjön. Sill är kanske världens vanligaste ryggradsdjur och torsken är (eller kanske var!) en helt dominerande art i norra Atlanten. Blåmusslan, östersjömusslan, blåstången och flera av Östersjöns andra alger är alla vanligt förekommande arter.
Att de är vanliga innebär att det finns många individer som bär på olika ärftliga egenskaper. Vanliga arter innehåller därför oftast mycket genetisk variation, och detta är viktigt för att kunna anpassa sig till en ny miljö. Anpassningen sker helt enkelt genom att individer som har de ärftliga egenskaper som är mest lämpade för miljön överlever och får mest avkomma. Det var detta som Darwin kom på efter att ha funderat över djuren på Galapagos, alltså evolution genom naturligt urval.
Det genetiska skuttet
Även om vi inte vet exakt hur alla arters anpassningar har gått till så ser vi spåren i deras DNA, i arvsmassan. Forskare har sekvenserat arvsmassan hos ett tjugotal av de marina arter som finns i Östersjön, och jämfört hur den ser ut i bestånd i och utanför Östersjön. Det har visat att det händer något i mynningen till Östersjön: Plötsligt blir skillnaderna mellan bestånden väldigt stora ¿ arterna gör ett ”genetiskt skutt”.
Hos flera av arterna är skuttet dramatiskt. Torsk, blåmussla, piggvar, rödspotta och tobis visar kraftiga genetiska förändringar i Öresund och danska Bälten, just där salthalten förändras som mest. Att förändringarna sker just där visar att det till stor del handlar om skillnader som är kopplade till salthaltsanpassning. Att anpassningen till salthalt är viktig för marina arter är kanske inte så förvånande, men att övergången från ett genetiskt bestånd till ett annat är så skarp var oväntat.
Figuren visar genetiska skillnader mellan bestånd av marina arter längs salthaltsgradienten från Nordsjön och in i Östersjön. Skillnaden till Nordsjöbestånden ökar markant hos flera arter i Öresund och Bälten, där salthalten minskar kraftigt.
Tången klonar sig
Hos blåstången har en väldigt speciell förändring skett: Många av individerna i norra Östersjön är kloner som förökar sig med små vegetativa skott som lossnar och ger upphov till nya individer. En av dessa kloner är vad vi kallar smaltång. Smaltången finns på svenska sidan av Bottenhavet och även i begränsad omfattning på den finska sidan.
Att föröka sig vegetativt som komplement till att hanar och honor bildar spermier och ägg som släpps ut och befruktas i vattnet, tycks ha varit en fördel under blåstångens invandring i Östersjön. Det går snabbare att sprida sig om en individ kan bilda nya avkommor på egen hand. Dessutom kan det vara ett säkrare sätt att föröka sig, eftersom äggcellernas befruktning riskerar att misslyckas när vattnets salthalt är låg.
Blåstången i Bottenhavet har anpassat sig till den låga salthalten och växer snabbare i 4 promille än i västkustens 25 promille. Västkustens blåstång växer bäst i den högre salthalten. Foto: Jerker Lokrantz/Azote.
Torsken har supergener
Även torsken har anpassat sin fortplantning till miljön i Östersjön. Äggen är större och har bättre flytförmåga så att de inte sjunker till botten i den låga salthalten. Ny forskning visar att generna som styr flytförmågan sitter i bitar av kromosomer som har vänts i fel riktning, så kallade inversioner. Dessa kallas även ”supergener” eftersom de innehåller många olika gener som nedärvs tillsammans. Torskens supergener är cirka en miljon år gamla och finns även hos torskar i Nordsjön, men mer sällsynt. I nya miljöer kan supergener som är gynnsamma för individen snabbt bli vanligare genom naturligt urval. Man antar att supergenerna är nyckeln till att torsk så framgångsrikt lyckats kolonisera olika miljöer. Även andra arter som sill och rödspotta har supergener som gjort en snabb anpassning till Östersjöns låga salthalt möjlig.
EN VANDRINGSHISTORIA OM MUSSLOR
Den utveckling som skedde på Galapagos förklarade Darwin med naturligt urval. Att anpassningar genom naturligt urval har skett till den låga salthalten är uppenbart hos många av de marina arterna i Östersjön. Men i Östersjön finns även en annan orsak till de genetiska skillnaderna.
För några av Östersjöarterna pekar DNA-sekvenserna på ett nära släktskap med norra Stilla havet. Många marina arter har sitt ursprung där och har sedan, ibland vid flera tillfällen, vandrat norr om Kanada och in i Atlanten. Det gäller till exempel blåmusslor och östersjömusslor. Dagens bestånd av musslor i Nordsjön är resultat av en tidig invandring, medan bestånden i Östersjön härstammar från en betydligt senare invandringsvåg. Hos dessa arter finns det därför genetiska skillnader som är äldre än 8000 år. Olika invandringshistorier och naturligt urval förklarar det genetiska skuttet hos dessa arter. Foto: Lars Ove Loo.
Väcker många frågor
Blåmussla, östersjömussla, blåstång, torsk och sill är föremål för forskarnas funderingar om huruvida östersjöbestånden är egna arter eller inte. Gränsen är flytande. Den bottenlekande flundran är idag identifierad som en egen art, demersal skrubbskädda, Platichthys solemdali. En annan kandidat är Östersjötorsken, eftersom den verkar vara helt isolerad från torsken i Öresund och Bälten. Norr om Kalmarsund har sillen ett eget svenskt namn, strömming, men samma vetenskapliga namn, Clupea harengus. Här är situationen dessutom väldigt komplex med flera olika bestånd som är kraftigt genetiskt åtskilda också inom Östersjön.
Den demersala skrubbskäddan har utvecklats och anpassats till ett liv i Östersjön. Eftersom äggen inte flyter så bra i den låga salthalten läggs de direkt på bottnen. I Nordsjön flyter skrubbskäddans ägg fritt i vattenmassan. Foto: Mark Thomas.
Den stora frågan för Östersjöns marina arter idag återstår dock. Vad händer när vattnet blir varmare och förmodligen mer utsötat? En besvärlig komplikation är att uppvärmningen skulle kunna tvinga arterna norrut, samtidigt som en salthaltsminskning skulle pressa dem söderut. Förmodligen får många av dem ge vika. Östersjöbestånden är ganska isolerade från släktingarna i Atlanten, och är trots sina anpassningar redan på gränsen till vad de klarar av. Vårt hopp står till att bestånden är stora och har tillräckligt med genetisk variation som kan hjälpa dem att anpassa sig.
Den stora frågan för Östersjöns marina arter idag återstår dock. Vad händer när vattnet blir varmare och förmodligen mer utsötat?
Epilog
Det är dags att packa ihop utrustningen och lämna Järnäsklubb. Visst är det fascinerande med sköldpaddor, finkar, leguaner och sjölejon som utvecklat nya arter i Galapagos övärld under loppet av några miljoner år. Men frågan är om inte den lilla smaltången, med sin stora klon av miljontals tångplantor som täcker stora delar av svenska norrlandskusten, är mer av ett evolutionärt mysterium. Och kanske kan den snabba artbildningen hos flundran och torsken lära oss minst lika mycket om evolutionens mekanismer som arterna på Galapagos?
I en tid då i stort sett alla naturliga miljöer förändras på grund av storskalig mänsklig påverkan är det än mer angeläget att förstå om, och hur snabbt, arter kan förändras för att klara en ny livsmiljö. Och här är Östersjön det perfekta laboratoriet.