FRIBIO2-FRIPRO forskerprosjekt, biologi

Mange kommersielle fiskearter er i sterk nedgang og på grensen til kollaps pga overfiske. Dette gir store økonomiske konsekvenser for fiskeriene men også for økosystemene, for eksempel gjennom såkalte trofiske kaskader, hvor tetthet av byttedyr (færre fisk) til den overfiskede arten øker, som igjen fører til at tetthet av zooplankton synker, og tetthet av alger øker. Vi mener at slik ubalanse skjer som følge av en motsetning mellom fiskeriindusert seleksjon som fjerner rasktvoksende og store individer gjennom regulering av minstestørrelse for fangst, og naturlig seleksjon som favoriserer de samme store individene. En alternativ strategi for fiskeriforvaltningen er å arbeide sammen med naturlig seleksjon, dvs at man innfører maksimalstørrelse for fangst, slik at man unngår å høste de største individene. Et slikt omvendt fiske vil øke både produksjon og bæreevne av de høstede fiskebestandene, i tillegg til at økosystemkonsekvenser som trofiske kaskader vil reduseres fordi større individer har en disproporsjonal evne til predasjon i forhold til kroppsstørrelsen. I Evosize har vi testet denne hypotesen ved kunstig seleksjon for eller mot stor kroppsstørrelse av modellfisken medaka (Oryzias latipes) i laboratoriet. Effekten av seleksjon på størrelse, dvs vi mimikerer klassisk mot omvendt fiske, undersøkes med hensyn til genuttrykk, produktivitet og bærekraft både i kontrollerte og tilnærmet naturlige forhold. Vi har gjennomført flere eksperimenter med de selekterte fiskelinjene og vi arbeider nå med å analysere og publisere data fra de innsamlede prøvene. Vi viser at seleksjon på størrelse har en effekt på fiskens atferd og livshistorie, og at effektene er avhengig av både kjønn og fødetilgang. Det betyr at seleksjon på størrelse påvirker hele resten av næringskjeden og økosystemet. Samtidig viser det at endokrinologiske mekanismer påvirker vekst og kjønnsmodning (livshistorie). Vi er nå i ferd med en artikkel som ser på effekt av endrede miljøbetingelser (temperatur og lys) på ulike fenotypiske trekk av de størrelsesselekterte medaka-linjene. Våre resultater har betydning for kommersielle fiskerier; konsekvensen kan bli at fiskeriforvaltningen må justeres for å kunne gjenopprette marine økosystemer til historiske nivåer da predatorene på toppen av næringskjeden var større og flere enn tilfellet er i dag.

Scientific outcomes: 1. Evolutionary biology: interaction between natural and anthropogenic selection in shaping fish genotypes and phenotypes. 2. Ecology: interactions between fishing-induced POLS and cascading trophic interactions. 3. Physiology: discovery of several previously unknown endocrine mechanisms and their temporal dynamics. 4. Developmental biology: the description of all the cell types of the teleost pituitary gland. Scientific impacts: 1. Aquaculture genomics: a strategy of integrating scRNA-seq and an RNA-seq time series. 2. Climate change: POLS/mechanistic trends affected by increased temperature. 3. Interdisciplinary science: a consistent narrative based on different perspectives on a single phenomenon. Societal impact: Our scientific results will form a solid basis for the formulation of more sustainable fishing regimes, which consider the complex effects of anthropogenic disturbance.

Adaptive evolution is driven by both selective forces and trait genetic architectures (evolvability), which deflect the movements of the phenotype on the adaptive landscape. Additionally, selection itself may alter trait evolvability and simultaneously reshape the natural selection that acts back on phenotypes through eco-evolutionary feedback loops. We argue that integrating this suite of gene-to-ecosystem processes into a coherent framework will foster significant progress in biology. However, to date, this framework remains largely theoretical. EvoSize provides an experimental framework to explore eco-evolutionary feedback loops in the context of anthropogenic size truncation that results from worldwide overharvesting, habitat fragmentation or climate warming. We will impose bidirectional size-selection on medaka in the laboratory, thus rapidly generating high growth and low growth lines. In the selected medaka lines, we will map individual variation in life-history (somatic growth and maturation) and behaviour (food intake and risk-taking foraging) onto gene-expression profiles, while estimating key evolvability parameters (additive genetic variances and covariances) for both phenotype and gene expression. In parallel, we will measure the cascading effects of body-size evolution into pond food webs, and examine how these effects alter the natural selective forces that act back on medaka phenotypes. To our knowledge, this is the first project to fully investigate an eco-evolutionary feedback loop from genes to ecosystem and back. Because body size is so important in ecological processes, results from EvoSize will have a wide scope. Fundamentally, EvoSize will bring a significant breakthrough in our understanding of how evolutionary and ecological dynamics interact. From an applied perspective, EvoSize will provide knowledge to improve the resilience of human-perturbed ecosystems, and help modellers understand how anthropogenic impacts affect natural populations.