DNA analysis of Late Glacial mammal remains

• Main Author: Prost, Stefan
• Format: Thesis
• Language: English
• Published: (:none) 2009
• Subjects: Russland; Dicrostonyx torquatus
• Online Access: https://dx.doi.org/10.25365/thesis.6268; https://othes.univie.ac.at/6268/

I used temporal DNA sampling to study the demographic changes in the collared lemming (Dicrostonyx torquatus) from Pymva Shor in the northern Ural. I successfully extracted, amplified and sequenced DNA from 10 modern and 77 ancient lemming remains. Using makrov chain monte carlo (MCMC) based bayesian inference and approximate bayesian computation (ABC) I was able to show that the abrupt warming event at the Bolling/Allerod interstadial correlated with the timing of a severe population decline in the collared lemming. Given the strong adaptation to dry and cold climate of Dicrostonyx this finding suggests a coherence between the population bottleneck and this abrupt warming event. Using additional modern DNA sequences I showed that there are signs for gene flow in my sampled data, which is coherent with the assumption of a higher migration rate following a strong population decline in lemmings. A contact zone between individuals bearing the Yamal haplotype and the major haplotype from Pymva Shor was found in (approximately 1000 year old) samples from Yangana-Pe-4 and thus, suggesting modern gene flow only on a small geographical scale. My study underlines the usefulness of temporal ancient DNA data for a proper understanding of the effects of climate change on mammal populations. : Ich habe im Rahmen meiner Dimpolarbeit DNA von 10 modernen und 67 subfossilen Lemmingknochen (modern bis 25.200 Jahre kal. BP) aus dem noerdlichen Ural (Russland) extrahiert, amplifiziert und diese mittels 454 FLX ”next-generation” Pyrosequencing (ROCHE) sequenziert. Auf Markov Chain Monte Carlo (MCMC) basierende Bayesian Analysen und Approximate Bayesian Computation (ABC) Analysen wurden benutzt um die zeitliche demographische Veraederung der Lemmingpopulation zu rekonstruieren. Der Plot der effektiven Populationsgroesse (Ne) zeigt ein deutliches ”Bottleneck” (d.h. einen drastischen Abfall) der zeitlich mit der Klimaerwaermung im Boelling/Alleroed zusammenfaellt. Halsbandlemminge sind spezialisiert auf kaltes und sehr trockenes Klima. Diese hochspezialisierten oekologischen Anforderungen und paleontologische Untersuchungen unterstreichen die Glaubwuerdigkeit der genetischen Resultate weiters. Um den Einfluss von ”gene flow” bzw. Migration auf meine Daten zu bestimmen habe ich ein Haplotypennetzwerk mit zusaetzlichen modernen Sequenzen errechnet. Die Ergebnisse dieser Analyse und die Interpretation des temporalen Netzwerke deuten auf eine erhoehte Migrationsrate nach dem Bottleneck hin. Aus publizierten Studien an modernen Lemmingen ist dieses Phenomaen (der Anstieg der Migrationrate wenn die Populationsdichte sinkt) bereits bekannt. Diese Erkenntnisse stehen im Einklang mit den erhaltenen Resultaten. Analysen mit zusaetzlichen subfossilen Lemmingen aus einer weiteren Fundstelle (Yangana-Pe-4) deuten auf das Vorhandensein einer Kontaktzone der regionalen Haplotypengruppen (Yamal und Pymva Shor) hin. Dies zeigt, dass Migration heute nur regional eingeschraenkt stattfindet. Die Ergebnisse dieser Arbeit unterstreichen die Nuetzlichkeit von temporaerem DNA sampling (moderne und subfossile DNA) um die Auswirkungen von Klimaeveraenderungen auf Saeugetierpopulationen zu studieren.