Evolution and persistence of paedomorphosis in newts (Amphibia, Urodela)
Authors: Τόλη Ελισάβετ-Ασπασία 
Published: May 2022

Πολλά είδη ουρόδηλων αμφιβίων εμφανίζουν παιδομόρφωση. Η παιδομόρφωση αποτελεί χαρακτηριστικό παράδειγμα φαινοτυπικής πλαστικότητας όπου τα αναπαραγωγικά ώριμα άτομα διατηρούν χαρακτήρες των προνυμφικών σταδίων, ενώ αποτελεί ένα σημαντικό εξελικτικό μονοπάτι για τη μείωση του ενδο-ειδικού ανταγωνισμού. Η παραγωγή αυτών των εναλλακτικών φαινοτύπων είναι αποτέλεσμα της συνδυαστικής δράσης περιβαλλοντικών και γενετικών παραγόντων, και σχετίζεται με το κόστος και τα οφέλη της επιβίωσης του ατόμου στο εκάστοτε περιβάλλον. Στόχος της παρούσας διατριβής είναι η διερεύνηση των μηχανισμών που εμπλέκονται στην εμφάνιση της περιστασιακής παιδομόρφωσης στους τρίτωνες. Η διατριβή εστιάζει στη μελέτη της αρμοστικότητας των εναλλακτικών φαινοτύπων σε έναν άγριο πληθυσμό του ελληνικού κοινού τρίτωνα (Lissotriton graecus) ο οποίος εμφανίζει περιστασιακή παιδομόρφωση, μέσω μιας σειράς πειραμάτων συμπεριφοράς και οικολογίας, καθώς και με τη χρήση γενετικών εργαλείων (Κεφάλαια 2, 3 & 4). Παράλληλα, καθώς οι παιδομορφικοί πληθυσμοί είναι ιδιαίτερα ευάλωτοι στις περιβαλλοντικές αλλαγές, στόχος τη διατριβής είναι η μελέτη των επιπτώσεων συγκεκριμένων περιβαλλοντικών πιέσεων στην εκδήλωση και διατήρηση της παιδομόρφωσης (Κεφάλαια 5 & 6). Το Κεφάλαιο 2 διερευνά τους εγγύς μηχανισμούς της περιστασιακής παιδομόρφωσης, χρησιμοποιώντας τον σωματικό δείκτη και την αναπαραγωγή ως συνιστώσες της αρμοστικότητας. Η μέτρηση των διαφορών της ατομικής αρμοστικότητας είναι ουσιώδης για την κατανόηση της εξέλιξης και της διατήρησης εναλλακτικών οντογενετικών μονοπατιών. Συγκεκριμένα μελετήθηκαν οι ερωτοτροπικές συμπεριφορές, καθώς και ο αριθμός των αυγών που εναπόθεσαν τα θηλυκά άτομα και ο αριθμός των προνυμφών που εκκολάφθηκαν επιτυχώς, προκειμένου να διερευνηθούν πιθανές διαφορές μεταξύ των δύο φαινοτύπων. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, το μέγεθος του σώματος βρέθηκε να έχει σημαντική θετική συσχέτιση με την αναπαραγωγή, και ταυτόχρονα, τα παιδομορφικά θηλυκά φαίνεται να παρουσιάζουν καλύτερη φυσική κατάσταση σε σχέση με τα μεταμορφωμένα. Η κατάσταση του σώματος συσχετίζεται με την αποθήκευση λιπιδίων και ενέργειας, τα οποία είναι ζωτικής σημασίας για την γονιμότητα και την αναπαραγωγή. Τα παιδομορφικά θηλυκά γέννησαν προνύμφες με υψηλότερη βιωσιμότητα, συμβάλλοντας στην πρώτη γενιά. Όσον αφορά στα αρσενικά, δεν παρατηρήθηκαν διαφορές στη σωματική κατάσταση μεταξύ των εναλλακτικών μορφών, όμως οι ερωτοτροπικές συμπεριφορές τους φανερώνουν επιλογή της παιδομορφικής μορφής των θηλυκών ατόμων, πιθανώς λόγω της αφθονίας τους στον πληθυσμό και της αυξημένης αναπαραγωγικής αρμοστικότητας. Η παιδομόρφωση αποτελεί ένα παράδειγμα φαινοτυπικού πολυμορφισμού, και παρά τη σημασία της φαινοτυπικής πλαστικότητας στην εξέλιξη και την οικολογία των φυσικών πληθυσμών και τη συνεχιζόμενη ανάπτυξη νέων γονιδιωματικών εργαλείων, η υποκείμενη γενετική βάση της παραμένει ακόμα άγνωστη. Στο Κεφάλαιο 3, εξετάστηκαν οι υποκείμενοι μηχανισμοί γενετικής και φαινοτυπικής διαφοροποίησης μεταξύ των εναλλακτικών μορφών στον πληθυσμό μελέτης, χρησιμοποιώντας τη μέθοδο dd-RAD, με στόχο την ανίχνευση πιθανής υποκείμενης γενετικής δομής στον πληθυσμό τριτώνων όπου συνυπάρχουν και οι δύο μορφότυποι, τη διερεύνηση της γενετικής ποικιλότητας του πληθυσμού στο σύνολό του και σε σχέση με κάθε μορφότυπο, και την ανίχνευση υποψήφιων γενετικών τόπων που σχετίζονται με την κάθε μορφή. Με βάση τα ληφθέντα δεδομένα SNP, παρατηρήθηκε χαμηλή γενετική διαφοροποίηση μεταξύ των δύο εναλλακτικών μορφών και παρόμοια επίπεδα γονιδιακής ποικιλότητας σε ουδέτερους δείκτες. Παράλληλα, χρησιμοποιώντας μια προσέγγιση Fst για ακραίες τιμές SNP, εντοπίστηκαν 35 γενετικοί τόποι που πιθανώς συσχετίζονται με τις εναλλακτικές μορφές και χαρτογραφήθηκαν σε συνολικά τέσσερα γονίδια. Τα αναγνωρισμένα αυτά γονίδια φαίνεται να έχουν λειτουργικούς ρόλους σε σημαντικές μεταβολικές διεργασίες, όπως η παραγωγή ενέργειας και πρωτεϊνών, και η ανταπόκριση σε στρεσσογόνους παράγοντες. Αξιοποιώντας τα αποτελέσματα του Κεφαλαίου 2, όπου βρέθηκε να υπάρχει θετική συσχέτιση του σωματικού μεγέθους των θηλυκών τριτώνων με την αναπαραγωγική επιτυχία, και του Κεφαλαίου 3 όπου αποκτήθηκαν χιλιάδες μοναδιαίες θέσεις πολυμορφισμού (SNPs), απώτερος στόχος του Κεφαλαίου 4 είναι η διερεύνηση του γενετικού υπόβαθρου ενός πολυγονιδιακού φαινότυπου και η πιθανή ύπαρξη συσχετίσεων της γενετικής ποικιλότητας με την αρμοστικότητα. Το μέγεθος αποτελεί έναν σημαντικό φαινοτυπικό χαρακτήρα στα αμφίβια που επηρεάζεται από τη συνδυασμένη έκφραση πολλών γονιδίων. Μέσω της μελέτης συσχέτισης γονιδιώματος με το σωματικό μέγεθος, εντοπίστηκαν πολυμορφισμοί που συσχετίζονται με το σωματικό μέγεθος, και χαρτογραφήθηκαν συνολικά τέσσερα γονίδια που συμμετέχουν στον πολλαπλασιασμό κυττάρων, σημαντική λειτουργία του οργανισμού για την δημιουργία νέων κυττάρων και οργάνων, και την ανάπτυξη του σώματος. Παράλληλα, βρέθηκαν γονοτυπικές διαφορές μεταξύ των εναλλακτικών μορφών που συνδέονται με το μέγεθος. Η γενετική ποικιλότητα όπως εκφράζεται από την παρατηρούμενη ετεροζυγωτία δεν βρέθηκε να συσχετίζεται με την αρμοστικότητα όπως εκφράζεται από το σωματικό μέγεθος και την αναπαραγωγική ικανότητα. Οι παιδομορφικοί πληθυσμοί, λόγω της στενής εξάρτησής τους από το υδάτινο μέσο, καλούνται να αντιμετωπίσουν σοβαρές περιβαλλοντικές απειλές. Στο Κεφάλαιο 5, γίνεται εκτίμηση της πιθανότητας εξαφάνισης του τοπικού πληθυσμού, καθώς και διερεύνηση της πιθανότητας εξαφάνισης του παιδομορφικού μορφότυπου, αναλύοντας δημογραφικά δεδομένα, ποσοστά βιωσιμότητας και γονιμότητας, γενετικά δεδομένα, καθώς και γνωστούς ρυθμούς μεταμόρφωσης. Μελετήθηκαν σενάρια που αποτελούν τις βασικότερες περιβαλλοντικές απειλές για πληθυσμούς παιδομορφικών τριτώνων, όπως είναι η εισαγωγή ψαριών και η ξήρανση του υδάτινου ενδιαιτήματος. Σύμφωνα με την ανάλυση βιωσιμότητας, και οι δύο απειλές θα οδηγήσουν στην εξαφάνιση του πληθυσμού και της παιδομορφικής μορφής μέσα στα επόμενα 25 χρόνια. Η εισαγωγή ψαριών φαίνεται πως αυξάνει πολύ την πιθανότητα εξαφάνισης, ενώ παρατηρούνται και διαφορές μεταξύ των δύο φύλων, με τα αρσενικά να δέχονται τη μεγαλύτερη πίεση. Στην ευρύτερη περιοχή του νομού Ιωαννίνων έχουν καταγραφεί πέντε πληθυσμοί τριτώνων που εμφανίζουν περιστασιακή παιδομόρφωση. Ωστόσο, στην περιοχή της λεκάνης των Ιωαννίνων, έχει διαπιστωθεί συστηματική εισαγωγή ψαριών από ιδιώτες σε μεγάλο αριθμό υδατοσυλλογών, με στόχο τη δημιουργία θέσεων για ερασιτεχνικό ψάρεμα. Στόχος του Κεφαλαίου 6 είναι η μελέτη των πιθανών διαταραχών στη συμπεριφορά παιδομορφικών τριτώνων παρουσία κουνουπόψαρων (Gambusia holbrooki), ενός ιδιαίτερα εισβλητικού είδους στην περιοχή, καθώς και κατά πόσον η παρουσία τους προάγει ή επιταχύνει το ρυθμό μεταμόρφωσης των παιδομορφικών ατόμων. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της μελέτης, διαπιστώθηκε πως τα παιδομορφικά άτομα μειώνουν την κινητικότητά τους και αυξάνουν την κρυπτική τους συμπεριφορά. Οι θηλυκοί τρίτωνες μείωσαν την ωοαπόθεση αυγών, και παράλληλα καταγράφηκαν πολλές επιθέσεις των κουνουπόψαρων προς τους τρίτωνες. Η τροφοληψία των παιδομορφικών τριτώνων μειώθηκε με την παρουσία των ψαριών, και παρατηρήθηκε αυξημένος ρυθμός μεταμόρφωσης. Η αποφυγή σημαντικών συμπεριφορών (αναπαραγωγή, τροφοληψία, ερωτοτροπία), μπορεί να οδηγήσει σε μειωμένους ρυθμούς ανάπτυξης, αναπαραγωγικής επιτυχίας και αρμοστικότητας, με επακόλουθο αποτέλεσμα τη μείωση των τοπικών πληθυσμών και την εμφάνιση κατακερματισμένων κατανομών. Τα αποτελέσματα της παρούσας έρευνας υποδεικνύουν πως η περιστασιακή παιδομόρφωση παραμένει ως φαινοτυπικός πολυμορφισμός στον υπό μελέτη πληθυσμό, και προκρίνουν την «Υπόθεση του Πλεονεκτήματος της Παιδομόρφωσης» (“paedomorphosis advantage hypothesis”), καθώς τα παιδομορφικά θηλυκά άτομα εμφανίζουν μεγαλύτερη αρμοστικότητα, όπως εκτιμήθηκε από το σωματικό μέγεθος και την αναπαραγωγική επιτυχία. Η αυξημένη αναπαραγωγική επιτυχία και αφθονία των παιδομορφικών θηλυκών οδηγεί στην επιλογή τους από τα αρσενικά άτομα. Παρ ’όλα αυτά, η έλλειψη γενετικής διαφοροποίησης μεταξύ των εναλλακτικών φαινοτύπων φανερώνει την απρόσκοπτη γονιδιακή ροή, και επιβεβαιώνει πως η παιδομόρφωση παραμένει ως πολυφαινισμός και ως ένας τρόπος μείωσης του ενδο-ειδικού ανταγωνισμού στον πληθυσμό μελέτης.Παράλληλα, η παρούσα μελέτη προσφέρει σημαντικές πληροφορίες για το γενετικό υπόβαθρο της παιδομόρφωσης, καθώς τα υποψήφια γονίδια που σχετίζονται με κάθε μορφή, συμμετέχουν στην παραγωγή ενέργειας και στην απόκριση στο στρες, σημαντικές μεταβολικές διεργασίες κατά τη διάρκεια φαινοτυπικών αλλαγών. Ταυτόχρονα, το σωματικό μέγεθος αποτελεί μία σημαντική συνιστώσα αρμοστικότητας, γεγονός που υποστηρίζεται από την θετική συσχέτιση με την αναπαραγωγική ικανότητα των θηλυκών. Τα αναγνωρισμένα γονίδια και οι γονοτυπικές διαφορές που βρέθηκαν στο φαινοτυπικό χαρακτήρα του σωματικού μεγέθους, φανερώνουν τη σημασία των γενετικών πολυμορφισμών, και η περαιτέρω μελέτη τους μπορεί να ρίξει φως στο διαφορετικό μέγεθος που εμφανίζουν οι δύο μορφές. Τέλος, η εκδήλωση της παιδομόρφωσης είναι ιδιαίτερα ευαίσθητη στις περιβαλλοντικές αλλαγές, ενώ η εισαγωγή ξενικών ειδών ψαριών μπορεί να έχει ζημιογόνες επιπτώσεις στους πληθυσμούς τριτώνων και να οδηγήσει στην εξαφάνιση του εναλλακτικού φαινοτύπου. Ιδιαίτερα στην Ήπειρο, που αποτελεί ένα «θερμό σημείο» βιοποικιλότητας και σημαντική περιοχή για τη διατήρηση της προσαρμοστικής ενδο-ειδικής ποικιλότητας και των εναλλακτικών στρατηγικών διαβίωσης, κρίνεται απαραίτητος ο σχεδιασμός αποτελεσματικών διαχειριστικών δράσεων για την προστασία και διατήρηση των παιδομορφικών πληθυσμών και των οικοτόπων στους οποίους διαβιούν.