Livskraften i en liten gråspurv kan hjelpe oss å redde andre truede dyr

Aase jobber med å få fram kunnskap som kan stoppe tapet av biologisk mangfoldKalles også biodiversitet eller naturmangfold, og er mangfoldet av levende organismer. Som oftest viser begrepet til antall arter, men det kan også vise til genetisk mangfold som er ulike varianter/bestander av samme art eller mangfold i leveområder og nisjer i et område. Kilde SNL. Forskere søker svar på hvorfor noen ville arter klarer seg bedre enn andre over tid, i takt med at miljøet endrer seg. Aase, er statistiker og tar doktorgrad ved NTNU Institutt for matematiske fag.

Han er tilknyttet ERC-prosjektetDet europeiske forskningsrådet (ERC) finansierer de aller beste, mest kreative forskerne for å drive fremragende forskning gjennom ERC-stipender. Temaene blir foreslått av forskerne selv, og prosjektene er basert i Europa GPWILD, der han kobler biologi og matematikk med gen- og kroppsdata fra titusenvis av gråspurv på Helgeland.

Svarene kommer ut av IDUN, en av Norges kraftigste datamaskiner.
Men de har ikke to streker under seg – ennå. 

– Hvorfor akkurat gråspurv? 

– Fordi øybestandene våre er små og avgrensede, er de usedvanlig godt egnet for forskning. Biologene kan registrere og følge nesten alle enkeltspurvene fra de blir født til de dør.

– De kan for eksempel undersøke hva som påvirker overlevelsen deres, og hvor mange unger de får. Vi har samlet slike data i over 30 år, og fått fram langtidsdatasett som både er uvanlige og helt uvurderlige. De hjelper oss å forstå følgene av endringer i miljøet, samt genetisk og økologisk utvikling gjennom mange generasjoner.

– Det vi lærer er overførbart til mange andre arter.

LES MER: Hjernekraftpris til banebrytende forskning på gråspurv og elg

Gråspurven er omtrent 15 centimeter veier cirka 25–35 gram. Den har brun- og svartstripet overside og grå underside. Hannen har svart strupeflekk og grå kalott, mens hunnen har brun kalott. Foto: Thor Harald Ringsby, NTNU VIS MER

– Dere jobber med genomisk prediksjon, kalt GP. Hva er det?

–Det er en statistisk metode for å inne ut hvordan et individs gener påvirker et kroppstrekk hos et individ eller et menneske. Trekket kan være hva som helst som kan måles, som høyde, sykdom, eller kroppsvekt. Metoden kan brukes til å forutsi hvor stor avling en kornplante kan gi, eller om et menneske er genetisk disponert for visse sykdommer.

– Metoden kan også fortelle om genene til en gitt gråspurv vil gi den høyere eller lavere kroppsvekt. Dette er viktig for spurvens evne til å overleve. GP er mye brukt i plante- og husdyravl, men hittil er det lite brukt i forskning på bestander av ville dyr og planter.

– Etter hvert har vi fått mer og mer tilgang på gen-materiale fra ville bestander. Derfor vil forskningsgruppa vår, som ledes av professor Stefanie Muff, undersøke hvor nyttig metoden kan være innen økologi, evolusjon og  bevaringsbiologiVitenskap om bevaring av truede arter og bestander av planter og dyr, og forvaltning av biologiske ressurser på en bærekraftig måte. Studiene vurderer ofte også andre sider enn de rent naturfaglige, som økonomisk utbytte ved bruk av naturen sammenlignet med de økonomiske konsekvensene av vern. Kilde: SNL.

– Hvordan foregår dette arbeidet?

– Vi kan bruke hundrevis til millioner av genetiske markører spredt over arvematerialet, og koble dem til målinger av trekket fra en gruppe «trenings-individer». Modellen åpner for at vi ikke trenger å ha målt trekket i det gitte enkeltindividet – det holder bare å ha målt det i treningsgruppa.

– Så lenge vi har informasjon fra de samme genetiske markørene i både treningsgruppa og individet, kan vi beregne hvordan genene vil påvirke trekket det enkelte individet har, eller vil få. Nøyaktigheten avhenger blant annet av hvor mange individer det er i treningsgruppa, antallet genetiske markører, og arveligheten til trekket.

Gråspurven lever av korn, frø og insekter, men spiser også matrester, knopper, blomster og bær. Den oppsøker gjerne fuglebrett om vinteren. Foto: Thor Harald Ringsby, NTNU VIS MER

– Dere har nylig undersøkt hvor godt metoden fungerer på tvers av forskjellige ville bestander. Hva fant dere? 

– Spørsmålet vi stilte var «Hvis treningsgruppa består av spurver fra en annen bestand enn de enkeltindividene vi er interessert i, hvordan vil dette påvirke nøyaktigheten av forutsigelsene våre?» Dette er viktig for å kunne undersøke viktige prosesser ute i naturen på nye og mer effektive måter. Vi kan for eksempel spare mye feltarbeid, fordi forskerne ikke trenger å skaffe målinger av trekk fra hver enkelt bestand de er interessert i.

– I den nye studien brukte vi målinger av kroppstrekk fra ville gråspurvbestander fra øyer langs norskekysten. Fordi øyene er mer eller mindre klart adskilt, kunne vi svare på forskningsspørsmålet ved å predikere, eller forutsi, på tvers av forskjellige øyer og øygrupper.

– Vi fant ut at å forutsi på tvers av bestander fungerer dårligere enn innad i bestander. Dette var forventet, ut fra tidligere studier i avls- og medisinsk forskning. Men, vi var først ute med å demonstrere dette for ville bestander. Det ga ny innsikt som kan være nyttig for å forbedre GP på tvers av bestander.

Helgeland har mange øyer – med egne avgrensede bestander av gråspurv. Det gjør landsdelen særlig egnet for forskning. Biologene kan registrere og følge livsløpet til nesten alle enkeltspurvene. Foto: Hamish Burnett, NTNU VIS MER

LES MER: NTNU-professor får 28 millioner kroner fra EU for å berge arter

– Hva er den største utfordringen med å jobbe med ville gråspurvflokker?

– Det er mange utfordringer med å jobbe med ville dyr. For oss statistikere er kanskje den største utfordringen at feltdatasett ofte er ufullstendige. Vi får ikke alltid genetiske data eller målinger av alle individer. I tillegg har vi som oftest ikke data fra kontrollerte forsøk, for eksempel fordi miljøforholdene endrer seg over tid og rom.

– Studier av ville dyr blir derfor ofte utforskende snarere enn bekreftende. Heldigvis er dataene fra de ville bestandene av gråspurv nesten fullstendige.

– Det finnes få slike grundige og langsiktige undersøkelser av ville bestander ute i naturen, men gråspurvdataene gjorde altså denne nye studien mulig.

Gråspurven bygger reir i hulrom på bygninger, i fuglekasser og hule trær. Den kan få flere kull årlig. 4–5 egge ruges i 13–14 dager, og ungene blir i reiret i cirka 17 døgn. Foto: Colourbox VIS MER

– Hvordan jobber du med modellstudiene?

– Som statistiker er jeg så heldig at jeg får dataene servert på sølvfat av biologene jeg samarbeider med ved Gjærevollsenteret og Institutt for biologi på NTNU. De har jobbet med å samle inn dette unike datasettet i mer enn tre tiår. Så det inngår mye felt- og laboratoriearbeid før jeg får leke med sluttresultatet.

– I tillegg til data fra gråspurvbestandene bruker jeg også datasimuleringer der man kan teste modellantakelser. Hverdagen min går mye i å programmere statistiske analyser. Til de tyngste beregningene bruker jeg superdatamaskinen IDUN. 

– Hva skal vi bruke kunnskap om fuglenes utvikling og genetikk til?

– Klimaendringer og økt arealbruk gjør at mange bestander av ville dyr og planter utsettes for økt ytre press og raskere miljøendringer. Å forstå både de genetiske og økologiske følgene av dette er nødvendig for at naturforvaltere og bevaringsbiologer skal kunne prioritere tiltak. Som for eksempel hvilke bestander som trenger beskyttelse og hvordan.

– GP kan fortelle oss om hvor levedyktige individer er under gitte miljøforhold. Dermed kan det brukes til å gjeninnføre eller styrke bestander. Kunnskapen bidrar til å øke den grunnleggende forståelsen av naturlige prosesser, og hvordan evolusjon faktisk utspiller seg i naturen.

– Studiene av gråspurver i bestander langs norskekysten kan hjelpe oss å bevare bestander av andre arter som er truet av utryddelse på grunn av endringene vi mennesker gjør i naturen.

Gråspurven er rødlistet som nær truet fordi bestanden har gått tilbake de siste årene. Disse to hører til bestanden på Helgeland. Foto: Thor Harald Ringby, NTNU VIS MER

– På hvilken måte er dette kunnskap for en bedre verden?

– Verden står ovenfor en biodiversitetskrise, der menneskelig aktivitet forårsaker den såkalte «sjette masseutryddelsen». Ønsker vi å stanse denne utviklingen gjennom rettede tiltak, trenger vi både gode analytiske verktøy og grunnleggende kunnskap om hvordan evolusjon i naturen fungerer. Jeg vil også påstå at det ligger en egenverdi i en slik grunnforståelse.

– Hvordan står det til med gråspurvbestanden i Norge og Europa? 

– Vi har sett at antall individer i bestandene i studieområdene våre endrer seg ganske mye over tid. Noen bestander har dødd ut, men vi har også sett at bestander har etablert seg ettersom gråspurv har kolonisert nye øyer. Ellers i Europa, og noen steder i Norge, har gråspurven gått tilbake, særlig utenfor byene. Antagelig skyldes det endringer i jordbruket.

Stipendiat Kenneth Aase. Foto: NTNU VIS MER

– Hva er neste steg på veien mot doktorgraden din? 

– Jeg jobber videre med å undersøke hvordan genomisk prediksjon kan brukes i ville bestander. I GPWILD-prosjektet skal vi sette disse spørsmålene inn i et bredere rammeverk. Prosjektet skal jobbe med flere andre dyrearter, som Svalbardrein, hjort fra Skottland, fjellrev, og flere fuglearter.

– For tiden jobber jeg med en anvendt studie der GP brukes til å undersøke hvordan visse genetiske prosesser påvirker levedyktigheten til gråspurven.

Referanse: Kenneth Aase, Hamish A. Burnett, Henrik Jensen, Stefanie Muff:  «How accurate is genomic prediction across wild populations?  https://doi.org/10.1093/evolut/qpaf202

Artikkelen er publisert i International Journal of Organic Evolution, og fikk status som “Editor’s Choice” for desember