DDT, tamgris og øyrev utenfor California
Lov på eksamen
- Kalkulator
- CAS
- Graftegner og regneark
- Lærebok, formelsamling og egne notater
Ikke åpent internett, kommunikasjon med andre eller kunstig intelligens.
Kan den løses uten PC?
Alle deloppgavene kan løses uten PC.
Fra 2027 er det bare kalkulator og skriftlige hjelpemidler på del 2. Vurderingen er gjort med KI og kan inneholde feil.
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
Utenfor kysten av California ligger en øygruppe. På en av øyene ble konsentrasjonen av miljøgiften DDT målt i tre rovfuglarter: brunpelikan, hvithodehavørn og fiskeørn. Tabellen nedenfor viser resultatene og informasjon om de tre artene.
| Art | Gjennomsnittlig konsentrasjon av DDT (ng/g)* | Posisjon i næringsnett | Omtrentlig levealder (år) | Gjennomsnittlig masse (kg) |
|---|---|---|---|---|
| Hvithodehavørn | 16000 | Tredjekonsument | 20 | 5,6 (hunn), 4,1 (hann) |
| Fiskeørn | 10000 | Tredjekonsument | 10 | 1,6 (hunn), 1,4 (hann) |
| Brunpelikan | 3000 | Andrekonsument | 20 | 3,2 (hunn), 3,7 (hann) |
*Enheten er nanogram DDT per gram kroppsmasse (ng/g).
Forklar hvorfor artene har ulike gjennomsnittskonsentrasjoner av DDT. Bruk informasjon fra tabellen og annen relevant kunnskap.
Figur 1 viser et typisk næringsnett for øyene i dag og informasjon om fire av artene.
Tamgris er et husdyr som har rømt og deretter dannet en populasjon. Forskere mener at innføringen av tamgris forårsaket følgende endringer i økosystemet:
- Kongeørn innvandret og dannet en populasjon.
- Populasjonen av øyrev avtok kraftig.
- Populasjonen av flekket stinkdyr vokste.
Forklar hvorfor innføringen av tamgris kan føre til de observerte endringene i økosystemet. Bruk informasjonen i figur 1 og annen relevant kunnskap.
Øyreven danner i dag seks isolerte populasjoner på øyene. Tre populasjoner lever på øyer i nord, og tre populasjoner lever på øyer i sør (figur 2). For cirka 10 000 år siden steg havet, og de nordlige øyene ble isolert fra fastlandet. Øyreven på disse øyene utviklet seg mest sannsynlig fra en populasjon grårev som ble isolert fra populasjonen på fastlandet.
Forskerne har to hypoteser som forklarer opprinnelsen til øyreven på de sørlige øyene:
- Øyreven på de sørlige øyene utviklet seg fra øyrev som urinnbyggerne tok med seg fra de nordlige øyene.
- Øyreven på de sørlige øyene utviklet seg fra grårev som urinnbyggerne tok med seg fra fastlandet.
DNA-et fra de ulike revepopulasjonene ble analysert, og et slektstre/utviklingstre for populasjonene ble deretter foreslått (figur 2).
Hvilken av hypotesene 1 og 2 blir styrket av informasjonen i figur 2? Forklar hvorfor.
Forskerne mener at mange av øyrevpopulasjonene på et tidspunkt har blitt redusert til mellom 10 og 100 individer. Frekvensen av skadelige alleler/genvarianter er høyere i øyrevpopulasjonen enn hos gråreven på fastlandet.
Forklar hvorfor øyrevpopulasjonene har høyere frekvenser av skadelige alleler enn gråreven på fastlandet.
Forskerne analyserte hele genomet til en rev fra hver øy på følgende måte: DNA arvet fra far og mor ble sekvensert og sammenlignet base for base, og andelen ulike baser ble beregnet. Dette tallet kalles heterozygositet. Heterozygositet ble beregnet for både kodende og ikke-kodende deler av DNA-et. Figur 3 viser resultatet for én grårev og for tre øyrever.
Beskriv likheten i genomene til de fire revene, og gi en forklaring på likheten. Vis til figur 3 når du svarer.
Til tross for liten genetisk variasjon vokser øyrevpopulasjonene i dag. Forskerne er bekymret for at liten genetisk variasjon vil gjøre det vanskelig for populasjonene å overleve på lang sikt. Noen forskere har foreslått å flytte individer mellom øyene for å øke den genetiske variasjonen, mens andre forskere mener at dette kan gjøre større skade enn nytte.
Beskriv hvordan det å flytte rever mellom øyene kan gjøre større skade enn nytte.
Kilder
Robinson JA, Ortega-Del Vecchyo D, Fan Z, m.fl., 2016. Genetic Flatlining in the Endangered Island Fox. Current Biology 26, 1183-1189.
Roemer GW, Donlan JC, Courchamp F, 2002. Golden eagles, feral pigs, and insular carnivores: How exotic species turn native predators into prey. Proceedings of the National Academy of Sciences 99, 791-796.
Fasit
DDT er fettløselig og brytes langsomt ned. Det hoper seg opp i individet over tid (bioakkumulering) og øker i konsentrasjon oppover i næringskjeden (biomagnifikasjon). Tredjekonsumentene har mer DDT enn brunpelikanen (andrekonsument), og hvithodehavørnen har mer enn fiskeørnen fordi den lever dobbelt så lenge.
Tamgrisen formerer seg raskt og gir kongeørnen mye mat (grisunger), så kongeørn innvandrer og får en stor populasjon. Kongeørnen tar også øyrev, som er dagaktiv og formerer seg langsomt, så øyreven går kraftig tilbake. Flekket stinkdyr er nattaktivt og unngår ørnen, og får mindre konkurranse fra øyreven om insekter og øymus.
Hypotese 1. Slektstreet viser at øyreven i sør og øyreven i nord er nærmest i slekt, mens gråreven skilte lag tidligere.
Populasjonene har gått gjennom flaskehalser (og grunnleggereffekter) med 10–100 individer. I små populasjoner gir genetisk drift tilfeldige endringer i allelfrekvensene, så skadelige alleler kan øke, og seleksjonen fjerner dem mindre effektivt.
Alle fire revene har høyere heterozygositet i ikke-kodende DNA enn i kodende DNA (omtrent dobbelt så høy). Mutasjoner i kodende DNA er oftere skadelige og fjernes ved naturlig seleksjon, mens mutasjoner i ikke-kodende DNA oftere er nøytrale og blir værende. Øyrevene har dessuten mye lavere heterozygositet enn gråreven, på grunn av flaskehalser og genetisk drift.
Flyttede rever kan spre sykdommer og parasitter, bryte ned lokale tilpasninger (utavlsdepresjon) og innføre nye skadelige alleler i populasjoner som er små og sårbare.
LøsningsforslagKI-generert
DDT er fettløselig og lite nedbrytbart. Det lagres i fettvevet og skilles nesten ikke ut. Derfor øker mengden DDT i et individ gjennom hele livet (bioakkumulering).
Et rovdyr spiser mange byttedyr i løpet av livet. Bare en liten del av energien går videre til neste trofiske nivå, men nesten alt DDT-et blir med. Konsentrasjonen øker derfor for hvert ledd i næringskjeden (biomagnifikasjon).
- Brunpelikanen er andrekonsument og har lavest konsentrasjon (3000 ng/g), selv om den lever i 20 år.
- Hvithodehavørn og fiskeørn er tredjekonsumenter og har høyere konsentrasjon.
- Hvithodehavørnen (16000 ng/g) har mer DDT enn fiskeørnen (10000 ng/g), selv om de er på samme trofiske nivå. Havørnen lever omtrent 20 år, mens fiskeørnen lever omtrent 10 år. Havørnen har dermed dobbelt så lang tid til å hope opp DDT.
Konsentrasjonen er oppgitt per gram kroppsmasse. Kroppsmassen alene forklarer derfor ikke forskjellene.
Kongeørn innvandrer. Tamgrisen formerer seg gjennom hele året og får 5–6 unger per kull. Populasjonen blir raskt stor. Grisungene er en rikelig og stabil matkilde for kongeørnen. Derfor kan kongeørnen etablere seg og bygge opp en stor populasjon.
Øyreven avtar. Kongeørnen tar også øyrev. Øyreven er dagaktiv, som kongeørnen, og blir lett bytte. Øyreven formerer seg langsomt: færre enn 60 % av hunnene får unger, og kullene er små (1,5 unger). Tapet til predasjon blir større enn tilveksten. Fordi kongeørnen har rikelig med grisunger å leve av, avtar ikke ørnebestanden når øyreven blir sjelden. Predasjonstrykket på øyreven holder seg derfor høyt.
Flekket stinkdyr øker. Stinkdyret er nattaktivt og blir sjeldnere tatt av den dagaktive kongeørnen. Det formerer seg raskere (2–6 unger per kull). Stinkdyr og øyrev spiser begge insekter og øymus. Når øyreven blir færre, blir det mindre konkurranse om maten, og stinkdyrpopulasjonen kan vokse.
Hypotese 1 blir styrket.
I slektstreet deler øyreven på de sørlige og de nordlige øyene det nyeste felles forgreningspunktet. De har altså en felles stamform som ikke er stamform for gråreven. Gråreven skilte lag med øyrevene tidligere. DNA-et til sørlige øyrever ligner derfor mer på DNA-et til nordlige øyrever enn på DNA-et til grårev.
Dette passer med at øyreven i sør stammer fra øyrev som ble fraktet fra de nordlige øyene. Hvis hypotese 2 var riktig, ville øyreven i sør vært nærmest i slekt med gråreven på fastlandet.
Når en populasjon reduseres til 10–100 individer, er det tilfeldig hvilke individer som overlever og formerer seg (flaskehalseffekt). De sørlige populasjonene ble dessuten grunnlagt av noen få dyr (grunnleggereffekt). Allelfrekvensene hos de få gjenlevende kan avvike mye fra den opprinnelige populasjonen. Et skadelig allel kan da tilfeldigvis få høy frekvens.
I små populasjoner er genetisk drift sterk. Allelfrekvensene endres tilfeldig fra generasjon til generasjon, og et allel kan øke eller bli fiksert uavhengig av om det er gunstig. Drift kan da overstyre naturlig seleksjon mot alleler som bare er litt skadelige.
Populasjonene er også isolert, så det kommer ikke nye alleler inn med genflyt.
Gråreven på fastlandet har en stor populasjon. Der er drift svak, og naturlig seleksjon holder frekvensen av skadelige alleler lav.
Likhet: Hos alle fire revene er heterozygositeten høyere i ikke-kodende DNA enn i kodende DNA. For gråreven er den ca. i ikke-kodende og ca. i kodende DNA. For de tre øyrevene er verdiene lavere, men forholdet er det samme: ikke-kodende DNA har omtrent dobbelt så høy heterozygositet som kodende DNA.
Forklaring: Heterozygositet oppstår ved mutasjoner. En mutasjon i kodende DNA kan endre aminosyresekvensen og gi et protein som fungerer dårligere. Slike mutasjoner er ofte skadelige og blir fjernet ved naturlig seleksjon. En mutasjon i ikke-kodende DNA har oftest ingen effekt på fenotypen. Den er nøytral og kan bli værende i populasjonen. Dette gjelder alle rever, derfor ser vi samme mønster hos alle fire.
Figuren viser også at øyrevene har mye lavere heterozygositet enn gråreven. Det skyldes flaskehalser, genetisk drift og innavl i de små øypopulasjonene.
- Sykdom og parasitter: En flyttet rev kan bære smitte som den nye populasjonen ikke har motstandskraft mot. Hele den lille populasjonen kan bli rammet.
- Tap av lokale tilpasninger: Hver øypopulasjon har vært isolert lenge og kan være tilpasset forholdene på sin øy. Avkom av rever fra ulike øyer kan være dårligere tilpasset enn begge foreldrepopulasjonene (utavlsdepresjon).
- Nye skadelige alleler: Alle populasjonene har skadelige alleler. Flyttede individer kan føre inn skadelige alleler som populasjonen ikke hadde fra før.
- Særpreg går tapt: Populasjonene på hver øy er genetisk ulike. Blanding kan viske ut disse forskjellene.
I tillegg er populasjonene små. Å fjerne individer kan svekke populasjonen de blir flyttet fra.