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Phenotypic divergence of the three-spined stickleback (Gasterosteus aculeatus)

Madsen, Maria Orum (2013) Phenotypic divergence of the three-spined stickleback (Gasterosteus aculeatus).
Diplomarbeit, University of Vienna. Fakultät für Lebenswissenschaften
BetreuerIn: Ahnelt, Harald

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DOI: 10.25365/thesis.27412
URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-29801.27059.915570-1

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Abstract in English

Environmental factors as e.g. temperature, salinity and the like are known to influence animal development via phenotypic plasticity and to be a driving force behind adaptive evolution. The three-spined stickleback (Gasterosteus aculeatus) is known to occur in three ecotypes (marine, anadromous and freshwater) and various morphological forms. Each of the ecotypes has been found to be specifically adapted to their particular habitats, especially with respect to life cycle, swimming physiology, feeding ecology and behaviour. The marine ecotype is the most ancestral form from which the anadromous and further the derived freshwater ecotype have evolved several times independently. Changes in body shape emerge very fast in three-spined stickleback populations introduced into a new environment. This study focuses on the Wadden Sea of Southern Denmark and Northern Germany as well as some upcountry areas in Southern Denmark. One marine, one freshwater and three anadromous populations were analysed. The body shape changes were analysed using geometric morphometrics. This study is based on a very large set of landmarks (45 lms), thus very detailed results could be achieved. In all populations, regardless which ecotype they belong to, a strong sexual dimorphism was found. Sexual dimorphism in body shape is likely to reflect adaptations to different reproductive roles and different ecological niches occupied by the two sexes. The males are more benthic living, while the females inhabit more open waters. The comparison of ecotypes revealed a clear difference in body shape between the marine and the anadromous ecotype. These two ecotypes, which are often lumped together in the literature, should therefore be treated separately in future studies. Further, this study showed a continuous trend from the marine to the anadromous and the freshwater ecotype in the following traits: the size of the eye is increasing, the body depth and the size of the ectocoracoid are decreasing and the ventral origin of the pectoral fin is shifted in a more anterior position. The anadromous ecotype has been confirmed as an intermediate state between the marine and the freshwater ecotype.

Schlagwörter in Englisch

Phenotypic divergence / Gasterosteus aculeatus / ecotype / body shape / sexual dimorphism / geometric morphometrics / evolutionary diversification

Abstract in German

Es ist bekannt, dass Umweltfaktoren, wie z.B. Temperatur, Salinität und ähnliche, Einfluss auf die Entwicklung bei Tieren via phänotypischer Plastizität haben und die treibende Kraft hinter der adaptiven Evolution sind. Der Dreistachlige Stichling (Gasterosteus aculeatus) ist in drei Ökotypen (marin, anadrom und Süßwasser lebend) und einer Vielzahl von morphologischen Formen bekannt. Jeder der drei Ökotypen hat spezielle Anpassungen an den jeweiligen Lebensraum, vor allem im Bezug auf ihren Lebenszyklus, ihre Schwimmphysiologie, ihre Fressökologie und ihr Fressverhalten. Der marine Ökotyp ist der Ursprünglichste aus dem sich der anadrome und der abgeleitete Süßwasser lebende Ökotyp entwickelt haben. Veränderungen in der Körperform treten bei Populationen des Dreistachligen Stichlings innerhalb kurzer Zeit auf, nachdem sie einen neuen Lebensraum besiedelt haben. Diese Studie wurde an den Wattenmeerküsten Dänemarks und Norddeutschlands sowie im Landesinneren Süddänemarks durchgeführt. Insgesamt wurden eine marin, eine Süßwasser und drei anadrom lebende Populationen untersucht. Die Analyse der Körperformsunterschiede wurde mittels Geometrischer Morphometrie durchgeführt. Die detaillierten Resultate dieser Studie wurden durch die sehr hohe Anzahl an verwendeten „landmarks“ (45 lms) erreicht. In allen untersuchten Populationen, egal welchem Ökotypus sie angehören, wurde ein starker Sexualdimorphismus festgestellt. Der Sexualdimorphismus in der Körperform spiegelt möglicherweise eine Anpassung an die unterschiedlichen reproduktiven Rollen und die unterschiedlichen ökologischen Nischen, die die beiden Geschlechter nutzen, wider. Die Männchen sind benthisch lebend, während sich die Weibchen vermehrt in der freien Wassersäule aufhalten. Der Vergleich der Ökotypen ergab klare Unterschiede zwischen der Körperform des marinen und des anadromen Ökotypus. Daher sollten diese zwei Ökotypen, die in der Literatur oft in einen Topf geworfen werden, in kommenden Studien als getrennte Ökotypen behandelt werden. Weiters zeigen die Resultate dieser Studie einen durchgehenden Trend in den folgenden morphologischen Merkmalen vom marinen über den anadromen zum Süßwasser lebenden Ökotypus hin: Das Auge wird größer, die Körperhöhe sowie die Größe des Ectocoracoides nehmen ab und der ventrale Ursprung der Pektoralis ist anteriorer. Der Status des anadromen Ökotypus als Übergangsform zwischen dem marinen und dem Süßwasser Ökotypus wurde bestätigt.

Schlagwörter in Deutsch

Phänotypische Divergenz / Gasterosteus aculeatus / Ökotyp / Körperform / Sexualdimorphismus / Geometrische Morphometrie / Evolutionäre Diversifikation

Item Type: Hochschulschrift (Diplomarbeit)
Author: Madsen, Maria Orum
Title: Phenotypic divergence of the three-spined stickleback (Gasterosteus aculeatus)
Subtitle: relating body shape and habitat
Umfangsangabe: 71 S.
Institution: University of Vienna
Faculty: Fakultät für Lebenswissenschaften
Publication year: 2013
Language: eng ... Englisch
Supervisor: Ahnelt, Harald
Assessor: Ahnelt, Harald
Classification: 42 Biologie > 42.21 Evolution
42 Biologie > 42.62 Tiermorphologie, Tieranatomie
42 Biologie > 42.81 Pisces
42 Biologie > 42.92 Hydrobiologie
42 Biologie > 42.93 Limnologie
42 Biologie > 42.94 Meeresbiologie
42 Biologie > 42.10 Theoretische Biologie
42 Biologie > 42.97 Ökologie: Sonstiges
AC Number: AC10811602
Item ID: 27412
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

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