Ecological and evolutionary role of seed banks for toxic dinoflagellate Alexandrium ostenfeldii

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-6717-0
Title: Ecological and evolutionary role of seed banks for toxic dinoflagellate Alexandrium ostenfeldii
Author: Jerney, Jacqueline
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences, Marine Ecosystems Research Group
Doctoral Programme in Interdisciplinary Environmental Sciences
Finnish Environment Institute, Marine Research Center University of Helsinki, Tvärminne Zoological Station
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2020-11-12
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-6717-0
http://hdl.handle.net/10138/320187
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Phytoplankton plays a pivotal role for aquatic ecosystem functioning and global biogeochemistry. Climate change has affected phytoplankton community composition and distribution in the last decades, including a higher prevalence for harmful algal blooms in many areas. The globally distributed dinoflagellate Alexandrium ostenfeldii has for example started to form dense toxic blooms in the Baltic Sea and a new bloom location was recently discovered in western Japan. To survive unfavorable conditions this species forms resting stages, which may accumulate in sediments, forming a “seed bank”. The aim of this thesis was to investigate the relevance of the seed bank for the ecology and evolution of A. ostenfeldii and to understand the implications of these findings for persistence and possible expansion under ongoing global change. A combination of field surveys in Finland and Japan, experimental work and genotyping were carried out to address these aims. The results indicate that the seed bank stores a large clonal diversity, underlining its importance for stabilizing local populations against environmental fluctuations. No population structure was detected in temporal parts of a pelagic population, showing that differentiation does not happen during one season. The life cycle of A. ostenfeldii was found to be highly versatile, allowing overwintering of asexual resting stages without a pronounced dormancy period, and sexual reproduction throughout the season. Predicted future temperature and salinity did not affect germination of A. ostenfeldii, but affected growth rates, demonstrating their selective effect on the pelagic part of the population when detached from the seed bank. In addition, the importance of resting stages for colonizing new habitats, was stressed by the close relationship found between a recently discovered bloom population in Japan and geographically distant populations of similar habitats. Low genetic diversity indicated a recent introduction, potentially due to anthropogenic dispersal of resting stages. In conclusion, the seed bank plays a pivotal role for evolution and ecology of A. ostenfeldii. It ensures survival of a genetically diverse population, and slows down evolution, by linking contemporary populations to past populations via frequent re-seeding of resting stages. Although selection is buffered by phenotypic plasticity, future temperature and salinity may affect the pelagic part of the population, in the long run. A generalist life cycle of A. ostenfeldii and the presence of a seed bank support persistence and potential future temporal and spatial expansion under global change.Kasviplanktonilla on keskeinen merkitys vesiekosysteemien toiminnalle ja maailmanlaajuiselle biogeokemialle. Ilmastonmuutos on viime vuosikymmeninä vaikuttanut kasviplanktonyhteisöjen koostumukseen ja levinneisyyteen, ja johtanut muun muassa haitallisten leväkukintojen yleistymiseen monilla alueilla. Esimerkiksi maailmanlaajuisesti esiintyvä panssarisiimalevä Alexandrium ostenfeldii on alkanut muodostaa tiheitä, myrkyllisiä kukintoja Itämerellä ja uusi lajin kukinta-alue havaittiin äskettäin Länsi-Japanissa. Selviytyäkseen epäsuotuisista olosuhteista tämä laji muodostaa lepovaiheita, jotka voivat kertyä meren pohjasedimenttiin muodostaen ”siemenpankin”. Tämän väitöskirjatyön tavoitteena oli tutkia siemenpankin ekologista ja evolutiivista merkitystä A. ostenfeldiille, sekä sen vaikutusta lajin esiintymiseen ja mahdolliseen levittäytymiseen käynnissä olevan maailmanlaajuisen ympäristömuutoksen myötä. Työ koostui kenttätutkimuksista Suomessa ja Japanissa sekä kokeellisista tutkimuksista laboratorioympäristössä. Työssä tutkittiin myös lajin geneettistä monimuotoisuutta. Tulokset osoittavat, että siemenpankin monimuotoisuus on suurta, mikä korostaa siemenpankin merkitystä paikallisten populaatioiden vakauttajana vaihtelevissa ympäristöoloissa. Avoveden populaatiossa ei havaittu ajallista populaatiorakennetta, mikä osoittaa, että populaatio ei erilaistu yhden kasvukauden aikana. A. ostenfeldiin elinkierron havaittiin olevan hyvin monimuotoinen, sisältäen suvuttomasti muodostuneita lepovaiheita, jotka talvehtivat vajoamatta selvään lepotilaan, sekä koko kasvukauden ajan jatkuvaa suvullista lisääntymistä. Tulevaisuudessa mahdollisesti vallitsevia ympäristöolosuhteita vastaavat veden lämpötila- ja suolaisuusolosuhteet eivät vaikuttaneet A. ostenfeldiin leposolujen itämiseen, mutta ne vaikuttivat lajin kasvunopeuteen, mikä osoittaa, että nämä olosuhteet toimivat valintapaineena siemenpankista erillisessä avoveden populaatiossa. Lepovaiheilla on merkitystä myös lajin levittäytymiselle uusille elinalueille, sillä äskettäin Japanista löydetyn leväkukintapopulaation ja samanlaisissa elinympäristöissä elävien, maantieteellisesti kaukaisten populaatioiden havaittiin olevan läheistä sukua keskenään. Japanilaisen populaation pieni geneettinen monimuotoisuus viittaa siihen, että laji on saapunut alueelle äskettäin, mahdollisesti ihmisen levittämien lepovaiheiden avulla. Väitöskirjatyön johtopäätöksenä on, että siemenpankilla on keskeinen evolutiivinen ja ekologinen merkitys A. ostenfeldiille. Se takaa geneettisesti monimuotoisen populaation jatkuvuuden ja hidastaa evoluutiota liittämällä nykypopulaatiot edeltäviin populaatioihin lepovaiheiden jatkuvan uudelleen muodostumisen kautta. Vaikka lajin yksilöiden joustavuus ja sopeutuvuus tasapainottaa valintapainetta, lämpötilan ja suolaisuuden muutoksella voi pitkällä aikavälillä olla vaikutusta avovesipopulaatioon. A. ostenfeldiin generalistinen elinkiertomalli ja siemenpankki ylläpitävät lajin esiintymistä ja mahdollisesti edistävät sen ajallista ja paikallista levittäytymistä tulevaisuudessa maailmanlaajuisen ympäristömuutoksen myötä.
Subject: marine microbial ecology
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record