Foto Göran Spong, SLU
Denna text ämnar ge en översikt av hur genetik kan användas för att övervaka vilda populationer. Här beskrivs således kortfattat förutsättningar och protokoll för genetiska analyser, provinsamling, laboratorieanalyser och beräkningar. Denna text är endast tänkt att ge en översiktlig bild av hur genetik kan användas för att svara på frågor av intresse inom förvaltningen. Beroende på frågeställning och övriga förutsättningar kräver dock varje projekt särskilda hänsyn, insamlingsstrategier och skräddarsydda analyser, så exakta detaljer kan därför inte enkelt sammanfattas. Principerna för genetisk övervakning skiljer sig dock inte från annan typ av inventering. Prover måste samlas in så att de utgör ett representativt urval av den population som önskas studeras och analyser bör innehålla uppskattning av tillförlitligheten och kvalitetskontroller.
Genetiska analyser är i grunden baserade på mätningar av genetisk variation hos individer. En individs genetiska material återfinns i cellkärnan, samt i cellens mitokondrier. Genetiska analyser baserar sig på mätningar av utvalda delar av den genetiska variationen. Vilka delar som undersöks beror helt på frågeställningen. Ibland vill man undersöka faktiska förändringar i förekomsten eller uttrycket av någon viktig gen. I andra fall används den genetiska informationen som en markör i syfte att identifiera individer eller mäta ickegenetiska processer. Även om nya tekniker ständigt ökar upplösningen och mängden genetisk data som kan analyseras är vi i grunden intresserade av att få ett mått på genetisk variation hos individer. Genetiska data innehåller flera lager av information vilket gör den särskilt värdefull. En individs genetiska uppsättning är ett resultat av två individers parning, vilket gör att vi kan använda den för att bygga upp populationens släktskapsförhållanden och mäta demografiska processer. Den genetiska strukturen i en population (och hos individer) är också resultatet av mer övergripande processer såsom spridningsmönster och ekologiska förhållanden, som därför kan uppskattas med hjälp av genetiska data. Slutligen är individers och populationers genetiska variation ett resultat av en pågående selektion och evolutionsprocess. Den genetiska sammansättningen i en naturlig population påverkas således av en rad, ofta samverkande, processer där mänsklig påverkan kan vara en viktig del. Mätningar av denna genetiska variation och vår kunskap om hur gener nedärvs och vad som påverkar deras utbredning i naturliga populationer ger oss ett mycket användbart verktyg för att ta fram information av nytta för förvaltningen.
DNA (deoxyribonukleinsyra): Den molekyl som håller majoriteten av en individs DNA.
Gen: en bit DNA som uttrycks, vanligen ett protein.
PCR: DNA-syntetisering. Ett sätt att amplifiera (mångfaldiga) utvalda delar av en individs DNA för att få ut det i ett format och i tillräcklig koncentration för att kunna analysera.
Trots att funktionen och strukturen hos DNA till stora delar var känd sedan 1950-talet, dröjde det till 1980-talets mitt innan PCR uppfanns vilket revolutionerade möjligheterna till genetiska analyser. Ungefär 10 år senare började de första artiklarna med genetiska analyser av vilda populationer dyka upp. Tidiga exempel använde enkla mätningar av populationers genetiska struktur och variation. Men eftersom genetisk struktur och grad av variation beror av flera samverkande faktorer var dessa resultat ofta av begränsat värde ur ett förvaltningsperspektiv. Inte heller mer avancerade populationsgenetiska modeller för beräkning av spridning och populationsstorlek är särskilt användbara eftersom de bygger på antagandet om jämvikt över lång tid, vilket gör att de fungerar dåligt för frågeställningar över de tidsramar som förvaltningen vanligen är intresserade av. Först när genetiska metoder användes för att identifiera individer (t.ex. genom avföringsanalys), ofta i kombination med fångst–återfångstberäkningar blev nyttan för förvaltningen mer påtaglig. Nya bättre genetiska metoder och minskade kostnader driver nu en utveckling mot individbaserade metoder för beräkning av demografiska parametrar på individ- och populationsnivå som är lämpliga för processer som sker över korta tidsrymder (t. ex. effekter av jaktuttag eller en svår vinter).
Sammanfattning
DNA återfinns i samtliga vävnadstyper som hud, hår, eller muskulatur och kroppsutsöndringar som urin, avföring eller saliv. Även gammalt material innehåller ofta användbart DNA. Insamlat material bör konserveras med hjälp av kemikalier eller låga temperaturer (lägre än –20oC).
Insamling av data
Kontaminering av prover måste förhindras genom korrekt provtagningsmetodik och sterilisering av utrustning mellan prover. Vid provinsamling krävs engångsartiklar eller utrustning som kan steriliseras exempelvis genom avbränning, samt behållare för prov som till exempel kuvert eller provrör av plast.
Sampling, dataintensitet
Genetiska prov kan insamlas under alla förhållanden, under alla tider och under hela året. Fältpersonal bör utbildas i sterilteknik för att undvika kontaminering av prover.
Provregistrering
Prov märks med unikt nummer. Eftersom många konserveringsvätskor som etanol (EtOH) löser upp märkpennor bör provnummer också ristas in i provröret. I databas måste provtyp/djurart, provtagningslokal, samt datum registreras. Beroende på provtyp och syfte kan även demografisk och annan information registreras som habitat och miljöbetingelser.
Rapportering (av prov)
Rapporteringsprotokoll beror i hög grad på typ av prov och frågeställning. I de fall prover är instabila eller analys och återkoppling skall ske snabbt måste en effektiv distributionskedja (i vissa fall med frysta prover) etableras. I andra fall kan prover mellanlagras vid insamlande enhet för att med regelbundna intervall skickas till laboratorium.
Tolkning av data
Analys av genetiska data kräver ofta särskild programvara. Vissa undersökningar baseras på enkla beräkningar och kan utföras efter endast begränsad utbildning. Många analyser och tolkning av resultat kräver dock expertkunskap inom genetik och statistik.
Metodens begränsning
Genetiska metoder kräver tillgång till laboratorium och särskild utrustning.
Frågeställning: Hur många tjurar på Öland är reproduktivt aktiva?
Eftersom en tjur kan betäcka flera kor så kan antalet tjurar i en population vara lägre än antalet kor utan att populationens reproduktionstakt påverkas negativt. Men antalet tjurar får inte bli för lågt. Antalet reproduktivt framgångsrika tjurar i en population är en förvaltningsfråga som inte kan besvaras utan genetiska analyser. För att svara på frågeställningen finns ett par alternativ: 1) frågan kan angripas utanför jaktsäsongen genom insamling av spillning, och 2) under jaktsäsongen finns möjligheten att ta in vävnadsprover från samtliga älgar som skjuts.
Alternativ 1 (Genetisk analys av spillning)
Om vi väljer att samla in spillning bör vi sträva efter ett insamlingsprotokoll som gör att vi får med så många individer som möjligt. I områden med fler älgar bör insamlingen således vara mer intensiv. Antalet prover skall vara flera gånger större än det förväntade eller kända antalet individer (en del individer kommer således att förekomma med fler än ett prov). Proverna analyseras sedan och genotyp och kön bestäms. Genom släktskapsanalyser kan ett släktträd över populationen skapas. I detta släktträd kommer en del tjurar att kunna identifieras som fäder till kalvar. En del tjurar kommer däremot att sakna avkomma och en del kalvar kommer inte att ha någon fader. Det senare fallet är givetvis omöjligt och beror på att vi misslyckats med att samla in prov från vissa tjurar. Det föregående fallet kan bero på att tjuren helt enkelt inte lyckats para sig framgångsrikt, men kan igen bero på att vi helt enkelt missat att få med någon av tjurens kalvar. Vi ställs därför inför problemet att uppskatta hur många individer vi missat innan vi kan bedöma hur komplett släktträdet är.
Eftersom vi samlat in mängder av prover så förekommer en del individer i flera prover. Vi kan därför göra en fångst-återfångstanalys av dessa prover för att uppskatta hur stor populationen egentligen är och hur många individer vi därför missat. Denna kvot kan sedan användas för att korrigera släktträdsanalyserna.
Alternativ II (Genetisk analys av fällda älgar)
Insamling av vävnad från skjutna älgar har fördelen att vi kan uppskatta ålder (något som är svårt att göra genom spillningsanalys), vilket gör att vi kan vara säkra på om ett djur är förälder eller avkomma. Nackdelen är att en mindre del av populationen kan genotypas och att det blir svårt att uppskatta hur stor del av populationen som skjutits. Uppskattningen av andelen tjurar som avlat kalvar blir beroende på hur stor del av kalvarna som skjutits. Enkelt uttryckt: om endast hälften av kalvarna skjutits måste vi korrigera genom att dubbla uppskattningen av antalet tjurar som fortplantat sig. Till skillnad från det föregående alternativet, räcker det inte att använda endast vävnadsprover från skjutna älgar för att svara på vår fråga, utan kompletterande information över andelen skjutna kalvar krävs innan vi kan dra några slutsatser.
Andersson, A-C, Andersson, S. & Lönn, M. 2007. Genetisk variation hos vilda växter och djur i Sverige: En kunskapsöversikt om svenska arter och populationer, teori och undersökningsmetoder. Naturvårdsverket. ISBN 91-620-5712-X.pdf, ISSN 0282-7298.
Danell, K. & Bergström, R. (red). 2010. Vilt, människa, samhälle. Liber. ISBN 978-91-47-09418-9.
Göran Spong är forskare vid institutionen för vilt, fisk och miljö, SLU, 901 83 Umeå. E-post: goran.spong@slu.se