ιαχείριση και προστασία γενετικών πόρων

Transcript

1 Εφαρµοσµένη ασική Γενετική ιαχείριση και προστασία γενετικών πόρων Θερινό εξάµηνο 2006 ηµοκρίτειο Πανεπιστήµιο Θράκης, Ορεστιάδα Τµήµα ασολογίας & ιαχείρισης Περιβάλλοντος & Φυσικών Πόρων Εργαστήριο ασικής Γενετικής ιδάσκων: Αριστοτέλης Χ. Παπαγεωργίου

2 Σύνοψη Τα ποσοτικά χαρακτηριστικά επηρεάζονται από το περιβάλλον και αποτελούν προϊόν έκφρασης πολλών γονιδίων Ο διαχωρισµός γενότυπου - περιβάλλοντος στην απόδοση των δέντρων και στην ποικιλότητα είναι κεντρικός στηn εφαρµοσµένη γενετική Η βελτίωση αποσκοπεί στην αύξηση της απόδοσης και χρησιµοποιεί τους φαινότυπους των γονέων για να προβλέψει τους φαινότυπους των απογόνων Η γενετική ποικιλότητα παραµένει η πιο σηµαντική παράµετρος που εγγυάται την παροχή οικονοµικών και άλλων ωφελειών από το δάσος 2

3 Γενετική έρευνα και διαχείριση Η έρευνα που γίνεται για την ποικιλότητα των δασικών ειδών οδηγεί στην καλύτερη γνώση των εξελικτικών µηχανισµών που διαµορφώνουν τις συχνότητες των αλληλόµορφων στη φύση Σπάνια λαµβάνεται υπόψη στη διαχείριση των φυσικών συστάδων Ως γενετική προσέγγιση της δασικής διαχείρισης θεωρείται συχνά µόνο η βελτίωση 3

4 Γενετική πληροφορία Πληροφορίες υπάρχουν για αρκετά βασικά δασοπονικά είδη που φύονται στη χώρα µας Πληροφορίες από εργαστηριακή έρευνα Πληροφορία από πειραµατικές φυτείες Ακόµα και αν λείπουν πληροφορίες µπορούµε να καταλήξουµε σε γενικές διαχειριστικές κατευθύνσεις από άλλες έρευνες σε άλλα είδη µε παρόµοια χαρακτηριστικά, κυρίως όσο αφορά στην εξάπλωσή τους και το αναπαραγωγικό τους σύστηµα Μπορούµε να καταγράψουµε τις παραµέτρους που επηρεάζουν τη γενετική ποικιλότητα και έτσι έµµεσα να έχουµε µια έκφρασή της 4

5 Μεσογειακά δάση Τα περισσότερα µεσογειακά δασικά είδη έχουν µεγάλη γενετική ποικιλότητα -µέσα στους πληθυσµούς Η διαφοροποίηση είναι πιο χαµηλή ιαχειριστικές παρεµβάσεις επηρεάζουν τα µεγέθη των πληθυσµών (εκτροπή), τις περιβαλλοντικές συνθήκες (τεχνητή επιλογή) και την πυκνότητα των πληθυσµών (ροή γονιδίων και αναπαραγωγικό σύστηµα) Τα περισσότερα δασοπονικά είδη αναπαράγονται φυλετικά µε γύρη, ενώ υπάρχουν µηχανισµοί που αποτρέπουν την αυτογονιµοποίηση 5

6 Φυσικά διαχειριζόµενα δάση Φυσικά δάση άση όπου λαµβάνει χώρα φυσική αναγέννηση χωρίς τεχνητή φύτευση ή σπορά Εξ ορισµού καλύτερα προσαρµοσµένα στις κυρίαρχες περιβαλλοντικές συνθήκες Γενετικές δοµές έχουν διαµορφωθεί µέσα από την προσαρµογή Το αναπαραγωγικό σύστηµα πρέπει να µεταφέρει τη γενετική ποικιλότητα στην επόµενη γενιά 6

7 ασοκοµικοί χειρισµοί Οι δασοκοµικοί χειρισµοί αλλάζουν το περιβάλλον και ο πληθυσµός καλείται να προσαρµοστεί εκ νέου Αν δεν υπάρξει προσαρµογή ο πληθυσµός χάνεται ιαµόρφωση της πυκνότητας µιας συστάδας Αναπαραγωγικό σύστηµα καιροήγονιδίωναπό δέντρο σε δέντρο εντός πληθυσµών Σε πυκνές συστάδες το ποσοστό αυτογονιµοποίησης είναι µικρότερο από ότι σε αραιές συστάδες Απόσταση µεταξύ συστάδων 7

8 Αυτογονιµοποίηση Μειωµένη ροή γονιδίων µέσα σε µια συστάδα, οδηγεί σε γονιµοποίηση µεταξύ συγγενών ατόµων διαµορφώνει οικογενειακές δοµές ειδικά σε βαρύσπορα είδη Μειώνει τον αριθµό των αρσενικών γονέων / σπορέα Οφείλουµε ναµην διακόπτουµε τηνπρόσβαση της γύρης µέσα από δασοκοµικούς χειρισµούς ιατήρηση µιας ελάχιστης πυκνότητας ενός πληθυσµού Ουπολογισµός των ορίων πυκνότητας είναι δύσκολος (αλλά εφικτός) 8

9 υσγενική επιλογή Υλοτοµούνται τα πιο µεγάλα και ευθυτενή δέντρα µε σκοπότη βελτίωση της παραγωγής Οπληθυσµός που αποµένει αποτελείται από στρεβλά και κακόµορφα δέντρα Η συστάδα υποβαθµίζεται από πλευράς ποιότητας δασικών προϊόντων: δυσγενική επιλογή 9

10 Αντιµετώπιση δυσγενικής επιλογής έντρα µε υπερέχουσαµορφή πρέπει να συµβάλλουν στην επόµενη γενιά σε αναλογία που καθορίζεται από τη συχνότητα εµφάνισής τους στη συστάδα Τελικές υλοτοµίες όταν έχει ήδη διαµορφωθεί η επόµενη γενιά 10

11 Κατακερµατισµός δασών Η περιοχή εξάπλωσης πολλών δασικών ειδών κατακερµατίζεται τα «τµήµατα» που προκύπτουν είναι αναπαραγωγικά αποµονωµένοι πληθυσµοί αύξηση της διαφοροποίησης µεταξύ των τµηµάτων η αυτογονιµοποίηση αυξάνει γενετική εκτροπή Ο κατακερµατισµός των δασών από την µετατροπή τους σε άλλες χρήσεις γης είναι συχνό φαινόµενοστηνπεριοχήµας γενετική υποβάθµιση και τελικά εξαφάνιση σε αρκετούς πληθυσµούς δασικών ειδών 11

12 50/500 Αδροµερής εκτίµηση ελάχιστου αριθµού του πληθυσµού για εµπειρική αντιµετώπιση της γενετικής εκτροπής και της οµοµειξίας Ελάχιστο µέγεθος πληθυσµού 50 αναπαραγωγικά ενεργά άτοµα αρκούν για την αποφυγή προβληµάτων που σχετίζονται µε τις αποκλίσεις του αναπαραγωγικού συστήµατος ελάχιστος αριθµός από 500 άτοµα για την αποφυγή της γενετικής εκτροπής (αρχή των 50/500) 12

13 Αειφορία και γενετική Αειφορική διαχείριση των δασών όχι µόνο η διατήρηση ενός κύκλου θρεπτικών ουσιών και άλλων χηµικών ενώσεων περιλαµβάνει και την προστασία και διαφύλαξη των γενετικών πόρων, τουλάχιστον ορισµένων σηµαντικών ειδών. Στόχος της αειφορικής διαχείρισης είναι η συνεχής ύπαρξη του οικοσυστήµατος διαχρονικά αναγκαία προϋπόθεση η διαφύλαξη της εξελικτικής προσαρµοστικότητας των βασικών ειδών Η γενετική ποικιλότητα είναι η βάση της εξελικτικής προσαρµοστικότητας 13

14 Γενετική αειφορία 14

15 είκτες γενετικής αειφορίας Μέγεθος της γενετικής ποικιλότητας Αριθµός αλληλοµόρφων Αναµενόµενη ετεροζυγωτία Παρατηρούµενη ετεροζυγωτία Κατευθυντήριες αλλαγές στις γενετικές δοµές λόγω επιλογής Σύγκριση γονέων - απογόνων Μετανάστευση και τα επίπεδά της ιαφοροποίηση µεταξύ πληθυσµών Αναπαραγωγικό σύστηµα και οι παράµετροι που την επηρεάζουν Σύγκριση γονέων απογόνων Φαινολογία άνθησης Παραγωγικότητα σποροπαραγωγής 15

16 Σύµβαση για τη βιοποικιλότητα Convention on Biological Diversity (Rio 1992) Επιστηµονικό αντικείµενο της «βιολογίας της προστασίας» Conservation biology Ο διεθνής όρος «conservation» δεν σηµαίνει ακριβώς προστασία, αλλά περισσότερο διατήρηση ή διαφύλαξη Μεγάλη διεθνής σηµασία σε στρατηγικό και πολιτικό επίπεδο Έχει διεισδύσει και στη δασοπονία 16

17 Προστασία βιοποικιλότητας Ανάγκη προστασίας της βιολογικής ποικιλότητας ή βιοποικιλότητας (biodiversity) σε όλα τα δυνατά επίπεδα (οικοσυστήµατα, είδη, γονίδια). Η βελτίωση και η χρήση συγκεκριµένων γενετικών πόρων θεωρήθηκε ως ένα από τα κίνητρα για την προστασία των γενετικών πόρων Γενικά τονίστηκε η σηµασία των δασών σε παγκόσµιο επίπεδο και ιδιαίτερα αυτών των τροπικών χωρών Έλλειψη αναφοράς σε διαχειριζόµενα δάση 17

18 Προστασία γενετικών πόρων Ησηµασία της προστασίας της γενετικής ποικιλότητας είναι αδιαφιλονίκητη Η γενετική είναι το πιο σηµαντικό συστατικό της βιοποικιλότητας απαραίτητη προϋπόθεση για τη συνέχεια της εξέλιξης Οι γενετικοί πόροι των δασικών ειδών απειλούνται για διάφορους λόγους, όπως είναι η καταστροφή των δασών, ο κατακερµατισµός τους, η αλλαγή του κλίµατος, διάφορες εντατικές ή πιο ήπιες διαχειριστικές πρακτικές και η µετατροπή φυσικών δασών σε άλλες χρήσεις 18

19 Πρόγραµµα προστασίας Ένα σωστό και αποτελεσµατικό πρόγραµµα προστασίας της βιοποικιλότητας και ιδιαίτερα των γενετικών πόρων καθορίζεται από τις απαραίτητες βιολογικές και γενετικές αρχές και περιλαµβάνει µέτρα που είναι συµβατά µε τις κοινωνικοπολιτικές συνθήκες Πρέπει να είναι βιολογικά σωστό Πρέπει να είναι κοινωνικά εφικτό Συχνά προκύπτει ασυµβατότητα 19

20 Στόχος προστασίας Στόχος της προστασίας των γενετικών πόρων είναι η προστασία και διαφύλαξη της γενετικής πληροφορίας και όχι απαραίτητα του ίδιου του βιολογικού υλικού Η προστασία των γενετικών πόρων δεν συνεπάγεται την απαγόρευση της διαχείρισης Προστασία βιοποικιλότητας: µια µορφή ειδικής διαχείρισης για τη διαφύλαξη και ανάδειξη συγκεκριµένων βιολογικών αξιών Προστασία γενετικών πόρων είναι υποπερίπτωση 20

21 Στάδια προστασίας γενετικών πόρων Μία σωστή στρατηγική για την προστασία των γενετικών πόρων ενός είδους πρέπει σαν πρώτο βήµα να περιγράφει ξεκάθαρα το αντικείµενο που προστατεύουµε Γενετική ανάλυση στο εργαστήριο Το δεύτερο βήµα είναιηεπιλογή των υπό προστασία πόρων µε βάση γενετικές πληροφορίες σχετικά µε τιςχωρικές γενετικές δοµές ενός είδους 21

22 Στάδια προστασίας γενετικών πόρων Έπειτα επιλέγεται η κατάλληλη µέθοδος προστασίας Ex situ, in situ, δυναµικά, στατικά Τελικά ένα πρόγραµµα προστασίας καταλήγει στην αποκατάσταση τουγενετικούπόρουστο περιβάλλον Επαναφορά σε φυσικούς πληθυσµούς ή ίδρυση νέου πληθυσµού 22

23 Αντικείµενο προστασίας ιατήρηση συγκεκριµένων χαρακτηριστικών Π.χ. έντρα µε συγκεκριµένα χαρακτηριστικά ιαφύλαξη της µέγιστης ποικιλότητας Όσο πιο πολλά αλληλόµορφα είναι δυνατόν ιατήρηση της προσαρµοστικότητας Πιο σύνθετος στόχος Απαιτεί διατήρηση του «γενετικού συστήµατος» σε λειτουργική κατάσταση Αναπαραγωγικό σύστηµα Μέγεθος πληθυσµού, κ.α. 23

24 Επιλογή πόρων Ποσοτικές αναλύσεις σε πειραµατικές φυτείες για αναγνώριση χαρακτήρων και κέντρων διασποράς Ποιοτικές αναλύσεις δεικτών για περιγραφή της ποικιλότητας και των εξελικτικών παραγόντων που τη διαµορφώνουν Όταν δεν έχουµε στοιχεία, επιλέγουµε αντιπροσωπευτικά πληθυσµούς που φύονται σε διαφορετικές περιβαλλοντικές συνθήκες και κέντρα εξάπλωσης Άλλα κοινωνικά, οικονοµικά και πρακτικά κριτήρια, όπως π.χ. οι απειλές 24

25 Μέθοδοι προστασίας In situ Εντός της φυσικής περιοχής Προστασία της περιοχής και της λειτουργίας του είδους σε αυτή Εx situ Εκτός περιοχής Μεταφορά γενετικού υλικού σε νέα περιοχή υναµική: όταν η εξέλιξη συνεχίζεται Γενετικό σύστηµα λειτουργεί Στατική: όταν η εξέλιξη σταµατά Π.χ. Τράπεζα σπόρων σε ψυγείο Πότε χρησιµοποιούµε, ποια µέθοδο; 25

26 Τράπεζες γονιδίων Η αποθήκευση σπόρων σε τράπεζες γονιδίων χρησιµοποιείται πολύ στα αγροτικά φυτά Στα δασικά δέντρα την αποφεύγουµε γιατους εξής λόγους: Πολλοί σπόροι δεν αντέχουν µακροχρόνια αποθήκευση Η φυσιολογία των σπόρων και ο ανώτατος χρόνος διατήρησης είναι άγνωστα µεγέθη για πολλά είδη Οι σπόροι δεν διαρκούν τόσο πολύ, όσο απαιτεί η διάρκεια της γενιάς πολλών δέντρων και του περίτροπου χρόνου τους. εν προστατεύεται η προσαρµοστικότητα των πληθυσµών (στατικότητα). Η µέθοδος αυτή κοστίζει πολύ. Οι τράπεζες γονιδίων µπορεί να αχρηστευτούν µε το παραµικρό πρόβληµα πουκάποιαστιγµή θασυµβεί (π.χ. µια διακοπή ρεύµατος για µερικές ώρες). 26

27 Γενική στρατηγική Προτιµούµε τη δυναµική in situ προστασία των γενετικών πόρων Όταν δεν µπορούµε να εφαρµόσουµε το παραπάνω, τότε καταφεύγουµε σε ex situ µεθόδους µε δυναµικό ή στατικό χαρακτήρα Ένα πρόγραµµα προστασίας γενετικών πόρων µπορεί να αποτελεί συνδυασµό των µεθόδων 27