Snabb evolution i Östersjön

Andrej, vår ryske kollega, kommer springande in i fikarummet. I handen bär han en utskrift från maskinen som analyserar DNA: ”Det är något konstigt med de här proverna. De flesta är likadana. Så ska det ju inte se ut!”

En spännande upptäckt inom forskningen är ofta resultat av något som först verkar fel. Vi trodde att den genetiska analysen hade gått snett, men i stället hade vi hittat en helt ny tångart i Östersjön. Händelsen speglar nyttan av att forskare med olika kompetenser samarbetar, i det här fallet genetiker och ekologer. Sedan några år driver vi ett tvärvetenskapligt forskningsprogram, där vi försöker ta reda på vad genetisk mångfald har för betydelse för Östersjöns ekosystem. Är djur och växter i detta innanhav genetiskt annorlunda än i Atlanten, och spelar det i så fall någon roll för hur vi ska hantera dem?

### Omväxlande historia

Östersjöns historia är kort och dramatisk. Efter den senaste istiden växlade Östersjön snabbt från insjö till havsvik, till insjö igen och så slutligen till ett marint innanhav med betydligt saltare vatten än i dag, Littorinahavet. Det skedde för cirka 8 000 år sedan.

Därefter har det gått utför med salthalten, och i dag är den bara en femtedel av Atlantens. Att den är så låg beror på de många älvtillflödena och på det mycket begränsade vattenutbytet med Nordsjön och Atlanten.

Trots dagens låga salthalt bebos Östersjön fortfarande främst av djur och växter som har sitt ursprung i Atlanten. De flesta av arterna invandrade strax efter det att Littorinahavet bildats, då Östersjön alltså var mer havslik än i dag. Nya arter fortsätter att invandra både på naturlig väg och med människans hjälp, men nu handlar det i stället om sötvattensarter eller arter från andra brackvattenområden. De kommer främst från Europas floder eller med fartygstrafik från de stora nordamerikanska sjöarna.

### Beror skillnaderna på miljön…

Många av Littorinahavets marina arter klarade inte att salthalten successivt sjönk. Det gäller bland annat snäckan som gett havet dess namn, Littorina littorea. Den finns i dag bara kvar som fossila skal i gamla avlagringar.

Andra arter överlevde men har i dag andra egenskaper än sina släktingar i Västerhavet. Blåmusslan i Östersjön är ett exempel på det. På västkusten blir den på ett par år 6–8 centimeter. Under samma tid i Östersjön växer en blåmussla till högst 1–2 centimeter. Blåstång, sill (strömming), piggvar, torsk och östersjömussla är andra arter som växer betydligt långsammare i Östersjön än ute i Atlanten.

Den långsamma tillväxten kan vara en direkt följd av att miljön i Östersjön inte är så lämpad för marina djur. Kanske skulle de växa snabbare i högre salthalt? Det visar sig att just det är fallet med många arter – flyttar man exempelvis blåmusslor från Östersjön till Skagerrak så växer de lika fort som västkustmusslorna.

### …eller på arv?

Men skillnader i utseende och levnadssätt mellan bestånd i Västerhavet och i Östersjön skulle också kunna förklaras av ärftliga skillnader som har uppkommit genom naturligt urval i de olika miljöerna. Det som talar emot denna tanke är att sådana förändringar anses ta mycket lång tid. Ett annat motargument är att de flesta marina arter har goda spridningsmöjligheter genom larver och andra förökningskroppar och därför lätt kan förflyttas från Atlanten till Östersjön. Därmed förhindras eller åtminstone bromsas uppkomsten av ärftliga skillnader.

Men detta har nu visat sig stämma dåligt med verkligheten. När vi inom vårt forskningsprogram sammanställde alla tillgängliga data fann vi att de flesta av Östersjöns djur och växter är starkt genetiskt förändrade och att de i några fall representerar mycket udda och unika bestånd.

Tidigare uppfattningar om oceanerna som miljöer utan isolerande barriärer ifrågasätts nu alltmer, framför allt utifrån resultat av DNA-analyser. I stället ser vi att många arter har lokalt anpassade bestånd med komplicerade släktband.

Torsk är ett tydligt exempel. I Östersjön leker torsken framgångsrikt bara i två områden: i djupbassängerna väster och öster om Bornholm. Efter leken sjunker torskäggen sakta ner i djupet och stannar först i det övre skiktet av bottenvattnet. Här är salthalten tillräckligt hög för att äggen ska kunna utvecklas.

### Torskens genetik

Av våra och andras DNA-analyser framgår att Östersjöns torsk, främst de bestånd som leker öster om Bornholm, är nästan helt isolerad från torsken i Västerhavet. Med hjälp av den genetiska informationen kan vi se att östersjötorsken i dag lever avskilt från andra bestånd, något som successivt har växt fram sedan den vandrade in i detta innanhav för 8 000 år sedan. Vi har kunnat beräkna att det i varje generation är färre än tio torskar som simmar från Östersjön till Västerhavet och genomför en lyckad lek. Förmodligen är det långt fler torskar i varje generation som passerar Öresund åt ena eller andra hållet, men eftersom torskbestånden i Östersjön har flyttat sin lekperiod till sommaren i stället för vintern som hos västkusttorsken så blir det ingen gemensam lek.

### Refug för musslor

Östersjöns två vanliga musslor, östersjömussla och blåmussla, uppvisar samma bild: starka genetiska förändringar jämfört med bestånden i Västerhavet. Men medan östersjötorskens närmaste släktingar trots allt finns i Nordsjön har de båda musslorna sina närmaste släktingar mycket långt borta: blåmusslan i östra Kanada och östersjömusslan i Alaska. Hur kan det komma sig?

Den finske forskaren Risto Väinölä har presenterat en trolig förkla-ring. Som så många andra atlantiska arter härstammar både blåmusslor och östersjömusslor från Stilla havet, men invandringen förefaller ha skett i två omgångar: en tidig fas för kanske 5 miljoner år sedan och en betydligt senare, men före Littorinahavets tillblivelse för 8 000 år sedan. Vid den andra invandringsvågen hade den först invandrade gruppen redan hunnit förändras en del på grund av sin isolering från förfäderna i Stilla havet.

Till en början hade den första gruppen musslor en sydlig utbredning i Atlanten, och de som kom senare en nordlig. När klimatet så småningom förändrades började de sydliga sprida sig norrut. De sena invandrarna trängdes undan. Utmed norska kusten försvann de till slut helt, men i den återvändsgränd som Östersjön utgör blev de kvar tack vare sin anpassning till brackvattnet. Tillsammans med några avlägsna havsområden utgör alltså Östersjön nu den sista refugen för dessa musslor.

I Öresund och södra Östersjön träffar västerhavs- och Östersjöbestånden på varandra, och musslorna korsar sig kraftigt. Förvånande nog behåller bestånden ändå sina genetiska och ekologiska egenskaper. Till exempel är Östersjöns blåmusslor sämre på att motstå attacker från sjöstjärnor. Eftersom sjöstjärnor saknas i Östersjön har musslorna där inte utsatts för något naturligt urval när det gäller att försvara sig mot dessa rovdjur. De överlever dock betydligt bättre än västkustmusslorna i Östersjöns låga salthalt.

### Blåstången bildar ny art

Men åter till den nya arten av tång. Blåstång är den alg som dominerar Östersjöns grunda klipp- och stenbottnar. Den är flerårig och utgör en viktig miljö för små kräftdjur, insektslarver och småfisk.

Från Upplandskusten och norrut finns en variant av blåstång som är mindre än Östersjöns övriga blåstång. Den saknar de typiska flytblåsorna och ser mer ut som en liten buske. Trots olikheterna har vi marinbiologer alltid trott att det fortfarande rör sig om blåstång, men att den ser lite annorlunda ut på grund av den extremt låga salthalten i Bottenhavet.

Men när vi nyligen jämförde den nordliga tångens arvsmassa med blåstång upptäckte alltså vår ryske medarbetare att det är en alldeles egen art. Den nya arten döptes till smaltång (Fucus radicans), eftersom grenarna är mycket smalare än hos blåstång.

### Unik könlös förökning

Vad som ändå förbryllade oss mest under den första diskussionen i fikarummet var att olika exemplar av smaltången, även om de var hämtade tiotals mil från varandra, hade exakt samma arvsmassa. Det innebar att smaltången måste föröka sig genom kloning – ett sätt att fortplanta sig som inte finns någon annanstans på jorden hos blåstång eller dess släktingar. Blåstången har hon- och hanplantor och släpper ut ägg och spermier för befruktning i vattenmassan.

Kloning – könlös förökning som innebär att nya individer blir genetiskt identiska med moderplantan – är i detta fall en anpassning till Bottenhavets låga salthalt där könlig förökning fungerar dåligt.

Kloningen hos smaltång går till så att små utväxter på stammen lossnar och faller till bottnen, där de fäster som nya små plantor. Våra genetiska analyser visar att den svenska kusten från Uppland till Umeå domineras av individer från en och samma klon – 80 procent av alla individer tillhör denna ”superhona”.

Trots ivrigt sökande har vi inte kunnat hitta smaltång någon annanstans i världen än i Östersjön. Detta tillsammans med dess genetiska likhet med Östersjöbestånden av blåstång tyder på att den kan ha bildats här. Om så är fallet, har Östersjöns extrema miljö gett upphov till en endemisk art, det vill säga en art som bara finns på ett ställe i världen. Artbildningen har då hunnit ske under Östersjöns 8 000-åriga historia, vilket i dessa sammanhang är en extremt kort tid.

### Biologiska mångfalden hotas

Genetiska studier av djur och växter skärper den hotbild mot Östersjön som redan i dag är uppenbar. Övergödning, syrebrist, klimatförändringar med förhöjd temperatur och lägre salthalt utgör redan starka hot. Till detta kan vi nu lägga att de flesta av Östersjöns bestånd av marina arter är genetiskt isolerade från bestånd av samma art i Västerhavet. Tillsammans med perioder av ganska små bestånd har detta lett till låg genetisk variation, 10–50 procent mindre än hos släktingarna i väster. Det innebär att bestånden i Östersjön är känsligare än andra för ytterligare förlust av genetisk variation.

Men den största faran ligger i att om ett Östersjöbestånd av någon art skulle försvinna helt, så är det en förlust som inte går att reparera. Om till exempel torsken i Östersjön skulle dö ut på grund av överfiske och andra störningar i ekosystemen, är det troligtvis inte möjligt att plantera in torskar från Kattegatt som ersättning. Dessa saknar ju östersjötorskens genetiska anpassningar till den låga salthalten.

Samma sak gäller smaltången. Skulle den försvinna kommer den förmodligen inte att kunna ersättas av någon liknande flerårig tångart. Bottenhavets sten- och klippbottnar skulle då genomgå mycket dramatiska ekologiska förändringar.

Östersjöns mångfald har alltså unika värden som avslöjas först om man undersöker de genetiska egenskaperna hos djur och växter, och det är angeläget att naturvården, fisket och andra verksamheter som påverkar Östersjön beaktar dessa värden.