Adaptive trends of environmentally sensitive traits in the three-spined stickleback, Gasterosteus aculeatus L.

Abstract

Summary Spatial variation of ten meristic traits of Gasterosteus aculeatus (including lateral plate, vertebral, and fin ray and pterygiophore numbers) was examined using ca. 100 population samples representing the two major marine and freshwater morphs throughout their European distribution. The patterns and extent of variability were visualised with 3-dimensional portrayals of third-degree trend surfaces, and differ between traits and morphs. Comparison with experimental and genetic studies of this species indicates that environmental induction is of minimal importance in the generation of this differentiation, for its effect differs both in magnitude and direction from observed trends in natural populations. Historical events can also be discounted. Selective gradients are strongly implicated as causative factors and are attributed in one case, lateral plate number, to the distribution of certain predators (pike and perch). The possible significance of unique V-shaped trends shown here is examined in relation to symmetric environmental gradients in stress and other biological factors. Resume Tendences adaptives de marques sensible a I'influence du milieu chez epinoche a trois piquants, Gasterosteus aculeatus L. La variation de dix marques distinctives (nombre des excailles laterales, des vertebres, squelettes des nagoires et pterygophores) de Gasterosteus aculeatus a ete analysee. Cent populations Europe si bien eau doucce que marine en sont la base. La variation et la repartition des marques ont ete decrit a laide de 3-dimensionale portraits de surface du troisieme degree. La comparaison des recherches experimentales et genetiques fait suppose que influence abiotique joue un role peu considerable. Des evenements historiques peuvent etre egalement exclus. Le degre de la pression selective est importance et attribue au cas du nombre des ecailles laterales a la distribution de poissons carnassieres (brochet et perche). La signification de la repartition en forme de V est examinee en relation aux elements de milieu, de stress et autre elements biologiques. Zusammenfassung Adaptive Trends in Beziehung zu Umweltfaktoren beim dreistachligen Stichling, Gasterosteus aculeatus L. Die geographische Variation von zehn meristematischen Merkmalen (einschlieslich der Anzahl der Seitenplatten, Wirbel, Flossenstrahlen und Pterygophoren) von Gasterosteus aculeatus wurden untersucht. Dazu wurden Proben aus ca. 100 Populationen herangezogen, die uber Europa verteilt sind und die beiden hauptsachlichen Meerwasser- und Suswasserformen darstellen. Die Verteilungsmuster und der Grad der Variabilitat wurden mit Hilfe dreidimen-sionaler Ansichten von Flachen dritten Grades veranschaulicht und waren unterschiedlich bei Merkmalen und Formen. Ein Vergleich mit experimentellen und genetischen Untersuchungen lafit vermuten, dafi abiotische Umweltfaktoren fur die Entstehung dieser Unterschiede von geringer Bedeutung sind, denn ihre Auswirkung unterseheidet sidi sowohl in Richtung als auch Grose von beobachteten Trends in natiirlichen Populationen. Historische Ereignisse konnen ebenfalls ausgeschlossen werden. Das Gefalle in der Grose des Selektionsdruckes wird als we-sentlicher Einflus angesehen und wurde in einem Falle, namlich in der Anzahl der Seitenplatten, dem Vorkommen bestimmter Rauber (Hecht und Barsch) zugeschrieben. Die mogliche Bedeutung der hier gezeigten einzigartigen V-formigen Verteilung wird in bezug auf symme-trisch ausgebildete Umweltgradienten von Stres und anderen biologischen Faktoren diskutiert.