距離と景観抵抗性による隔離シロハラフクロウ（Strix occidentalis caurina）の遺伝的構造の支配的パターンの理解

Isolation by distance versus landscape resistance: Understanding dominant patterns of genetic structure in Northern Spotted Owls (Strix occidentalis caurina).

• Mark P Miller
• Raymond J Davis
• Eric D Forsman
• Thomas D Mullins
• Susan M Haig

抄録

景観遺伝学の研究では、生息地の利用可能性や構成が動植物の遺伝的構造にどのような影響を与えるかを調べている。我々は景観遺伝学を用いて、10のマイクロサテライト遺伝子座について得られた339羽の遺伝子型を用いて、絶滅の危機に瀕しているオオミミズク（Strix occidentalis caurina）の遺伝的構造を決定する上で森林の連結性が果たす役割を評価した。空間的クラスタリング解析の結果、調査地域の南側に明確な遺伝的クラスターが存在することが確認された。このクラスターは景観の連結性パターンとは結びつかず、その発達には現代の景観構成ではなく、新生代以降のプロセスが関与していることが示唆された。また、個体間の遺伝的距離のペアワイズの行列と、回路理論に基づいたフレームワークから導き出された抵抗距離を比較した。抵抗距離は、1870年代、1940年代、1986年、1994年、2012年を反映した5つの経験則に基づくラスタマップとともに、ランドスケープ全体で連続的に妨げられていない分散生息地を反映した理想化されたラスタマップについて得られた。理想化された地図からの抵抗距離は、直線的な地理的距離のサロゲートとして機能した。理想化された条件と比較すると、抵抗距離は1940年代には約250%、1986年以降は約200%増加した。1870年代からの抵抗性の距離は、理想化された条件よりも～40％高かった。個体間の遺伝的距離は、経験的な地図のいずれよりも、理想化された地図からの抵抗性の距離と最も高い相関があった。2 つの仮説が我々の結果を説明している。第一に、我々の結果は、大規模な生息環境の変化の発生と、それが遺伝的構造に及ぼす新たな影響との間の時間的な遅れを反映しているのではないかと考えられる。第二に、ミミズクは長距離に分散していることから、今回の結果は、森林の生息地が十分に分断されていないために接続性が損なわれていることを示しているのかもしれません。第二の仮説は、北西部森林計画で義務付けられた森林管理が、その主要な目標の一つを達成したことを示している可能性がある。しかし、他の研究で個体数の著しい減少やボトルネックが確認されていることを考えると、我々の結果はキタンスポッティドフクロウの状態を完全に表しているとは言えない。コンピュータシミュレーションに基づく今後の調査では、仮説を区別するのに役立つかもしれない。

Landscape genetics investigations examine how the availability and configuration of habitat influence genetic structure of plants and animals. We used landscape genetics to evaluate the role that forest connectivity plays in determining genetic structure of the federally-threatened Northern Spotted Owl (Strix occidentalis caurina) using genotypes of 339 Northern Spotted Owls obtained for 10 microsatellite loci. Spatial clustering analyses identified a distinct genetic cluster at the southern extent of the region examined. This cluster could not be linked to landscape connectivity patterns and suggested that post-Pleistocene processes were involved with its development rather than contemporary landscape configuration. We also compared matrices of pairwise inter-individual genetic distances with resistance distances derived from a circuit-theory based framework. Resistance distances were obtained for an idealized raster map that reflected continuous unimpeded dispersal habitat across the landscape along with five empirically-derived raster maps reflecting the 1870's, 1940's, 1986, 1994, and 2012. Resistance distances from the idealized map served as surrogates for linear geographic distances. Relative to idealized conditions, resistance distances were ~250% higher in the 1940's and ~200% higher from 1986 onward. Resistance distances from the 1870's were ~40% higher than idealized conditions. Inter-individual genetic distances were most highly correlated with resistance distances from the idealized map rather than any of the empirical maps. Two hypotheses explain our results. First, our results may reflect temporal lags between the onset of large-scale habitat alterations and their novel effects on genetic structure in long-lived species such as Northern Spotted Owls. Second, because Northern Spotted Owls disperse over long distances, our results may indicate that forest habitat has never been sufficiently fragmented to the point where connectivity was disrupted. The second hypothesis could indicate that forest management practices mandated by the Northwest Forest Plan succeeded with one of its primary goals. However, our results do not represent a complete portrayal of the status of Northern Spotted Owls given detection of significant population declines and bottlenecks in other studies. Future investigations based on computer simulations may help distinguish between hypotheses.