Non-invasive genetic monitoring involving citizen science enables reconstruction of current pack dynamics in a re-establishing wolf population

Background: Carnivores are re-establishing in many human-populated areas, where their presence is often contentious. Reaching consensus on management decisions is often hampered by a dispute over the size of the local carnivore population. Understanding the reproductive dynamics and individual movements of the carnivores can provide support for management decisions, but individual-level information can be difficult to obtain from elusive, wideranging species. Non-invasive genetic sampling can yield such information, but makes subsequent reconstruction of population history challenging due to incomplete population coverage and error-prone data. Here, we combine a collaborative, volunteer-based sampling scheme with Bayesian pedigree reconstruction to describe the pack dynamics of an establishing grey wolf (Canis lupus) population in south-west Finland, where wolf breeding was recorded in 2006 for the first time in over a century. Results: Using DNA extracted mainly from faeces collected since 2008, we identified 81 individual wolves and assigned credible full parentages to 70 of these and partial parentages to a further 9, revealing 7 breeding pairs. Individuals used a range of strategies to obtain breeding opportunities, including dispersal to established or new packs, long-distance migration and inheriting breeding roles. Gene flow occurred between all packs but inbreeding events were rare. Conclusions: These findings demonstrate that characterizing ongoing pack dynamics can provide detailed, locally-relevant insight into the ecology of contentious species such as the wolf. Involving various stakeholders in data collection makes these results more likely to be accepted as unbiased and hence reliable grounds for management decisions.Peer reviewe

Vargstammen i Finland i mars 2022

I mars 2022 fanns det i Finland med största sannolikhet totalt 60 revir med revirmarkerande par eller familjegrupper (57–63 med konfidensgrad 90 %). Det mest sannolika antalet familjegrupper var 37 (34–41) och antalet parrevir var 23 (19–27). På enbart finskt territorium levde 32 familjegrupper (29–36 med konfidensgrad 90 %) och 21 par (17–24 med konfidensgrad 90 %). På vardera sidan av den östra riksgränsen fanns fyra s.k. gränsrevir med revirmarkerande flockar (3–5) och tre med revirmarkerande par (2–4). I västra Finland fanns 26 (23–29) revir med familjegrupper och 15 (12–18) revir med revirmarkerande par, på motsvarande sätt uppskattades att det i östra Finland fanns 11 (10–13) revir med familjegrupper och 8 (6–9) revir med revirmarkerande par. I renskötselområdet rörde sig sannolikt ett (0–2) revirmarkerande par. Antalet familjegrupper som påträffades i Finland i mars 2022 var det samma som i mars 2021. Vid jämförelse av det mest sannolika antalet flockar som helt lever på finskt territorium kan en ökning på 7 procent konstateras jämfört med året innan. Antalet revirmarkerande par hade enligt beräkningarna ökat med cirka 17 procent jämfört med år 2021. Under det innevarande årtusendet har storleken på vargstammen i Finland varierat kraftigt. Efter 2017 har antalet vargar ökat kontinuerligt. Bedömningen av revirstatus (familjegrupp, par) och antalet individer i flockarna gjordes utifrån observationer från varje granskat område, känd dödlighet och DNA-analyser. Dessutom utfördes separat terrängarbete på en del av reviren. Antalet vargar är under vargens årscykel lägst i mars, före valpningen i april–maj. Förändringarna i vargstammen efter mars beskrivs med en prognosmodell som bygger på forskningsdata om vargens valpresultat och dödlighet. I november 2022 kommer det med 90 procents sannolikhet att finnas 35–49 flockar. Vid utgången av mars 2023 finns det 20–42 flockar, med konfidensgraden 90 procent

Suomen susikannan suotuisan suojelutason viitearvojen määrittäminen: Loppuraportti 2022

Maa- ja metsätalousministeriö antoi loppuvuodesta 2020 Luonnonvarakeskukselle (Luke) tehtäväksi tuottaa Suomen susikannan suotuisan suojelutason viitearvon kansainvälisenä tutkimusyhteistyönä. Viitearvo kuvaa populaatiokokoa, joka mahdollistaisi susikannan suotuisan suojelutason saavuttamisen ja ylläpitämisen Suomessa, mikäli myös muut suotuisan suojelutason kriteerit täyttyisivät. Viitearvon määrittely koskee poronhoitoalueen ulkopuolista Suomea, mutta on syytä muistaa, että poronhoitoalueella on merkitystä susikantojen välisten yhteyksien kannalta (Ruotsi, Norja). Tässä raportissa kuvataan kaksivuotisessa projektissa tehty työ päätuloksineen. Suotuisan suojelutason viitearvojen määrittämiseen ei ole annettu yksityiskohtaista ohjeistusta. Viitearvon määrittäminen perustuu tieteelliseen tietoon ja asiantuntemukseen, mutta tietyt kohdat viitearvon asettamisessa edellyttävät päätöksentekijän valintoja. Numeeriset kriteerit, jotka viitearvon tulee täyttää, edellyttävät viitearvon olevan suurempi kuin pienin elinvoimainen populaatio (PEP) ja suurempi kuin kannan koko luontodirektiivin astuessa voimaan. Tässä työssä viitearvon johtamiseen esitellään erilaisia tapoja, joista jokaisella on omat vahvuutensa ja heikkoutensa. Luontodirektiivin tavoite on varmistaa lajien suotuisa suojelutaso EU:n alueella. Se, voiko Suomi tukeutua muiden maiden ja ennen kaikkea Venäjän susipopulaatioihin oman susikantansa elinvoimaisuuden ylläpitämisen suhteen, määräytyy luontodirektiivin tulkinnan pohjalta. Viitearvoa määritettäessä keskeinen lähtökohta on susikannan elinvoimaisuuden arvioiminen kannan geneettisiin ja demografisiin ominaisuuksiin perustuen. Lisäksi saaliseläinkantojen ja sopivan elinympäristön riittävyys asettaa ylärajan kannan enimmäiskoolle, jolloin puhutaan susikannan ekologisesta kantokyvystä. Jos Suomi ei voi suotuisan suojelutason saavuttamisessa huomioida Suomen susikantaa osana laajempaa populaatiota, tulee Suomen susikannan itsessään olla tarpeeksi suuri takaamaan kannan geneettinen elinvoimaisuus pitkällä aikavälillä eli kannalla tulisi olla evolutiivista kykyä sopeutua muuttuviin ympäristöolosuhteisiin. Jos Suomi voi huomioida viitearvon määrittämisessä olemassa olevan yhteyden muiden maiden alueella eläviin susipopulaatioihin, tulee viitearvon määrittämisessä käyttää lähtökohtana demografista elinvoimaisuutta ja lyhyen aikavälin geneettistä elinvoimaisuutta. Tällöin kannan koon tulisi olla tarpeeksi suuri, jotta sukusiitoksen haitallisilta vaikutuksilta vältytään edes lyhyellä aikavälillä. Geneettiset tulokset osoittavat, että Venäjän Karjalan ja itäisen Suomen susipopulaatiot ovat perimältään samankaltaisia, ja yksilöitä levittäytyy rajan yli molempiin suuntaan. Tällä hetkellä tulomuuttoa ei kuitenkaan ole riittävästi pitämään yllä Suomen susipopulaation geneettistä monimuotoisuutta. Tulokset osoittavat, että vähäistä tulomuuttoa tulee myös Skandinaviasta Suomeen. On todennäköistä, että Luoteis-Venäjän ja Suomen susipopulaatioiden välinen yhteys säilyy ainakin lähitulevaisuudessa. Siten viitearvon määrittelyssä on mahdollista keskittyä tarkastelemaan kannan geneettistä elinvoimaisuutta lyhyellä aikavälillä. Pitkän aikavälin geneettinen elinvoimaisuus edellyttää efektiivistä populaatiokokoa 1000. Koska populaation todellinen yksilömäärä on yleensä merkittävästi efektiivistä populaatiokokoa suurempi, edellyttäisi tämä useiden tuhansien yksilöiden populaatiota. Jos Suomella ei olisi mahdollisuutta huomioida muiden valtioiden alueella eläviä susia, tulisi tämä populaatiokoko saavuttaa Suomen rajojen sisäpuolella. Tavoite on kuitenkin epärealistinen, sillä hankkeessa mallinnuksen avulla arvioitu elinympäristön kantokyky ei mahdollista näin suurta susikantaa Suomessa. Tulosten mukaan Suomen susikanta on nykyhetkellä jakautunut kahteen osapopulaatioon, minkä takia Itä-Suomea ja Länsi-Suomea tulee käsitellä geneettisen pienimmän elinvoimaisen populaation (GPEP) määrittämisessä kahtena osapopulaationa. Demografista elinvoimaisuutta (DPEP) ja ekologista kantokykyä on kuitenkin tarkasteltu käsittelemällä koko poronhoitoalueen ulkopuolisen Suomen susikantaa yhtenä kokonaisuutena. Geneettiset tulokset valmistuivat vasta työn loppuvaiheessa, mistä johtuen uutta tietoa kahdesta osapopulaatiosta ei ole ollut mahdollista tuoda demografiseen arviointiin. Mallinnustulokset osoittivat, että tunnistetut kaksi osapopulaatiota eivät ole geneettisesti elinvoimaisia nykyisen kokoisina ja nykykytkeytyneisyydellään (tulomuuton määrä) Fennoskandian metapopulaatioon. Osakantojen eriytyminen johtuu siitä, ettei niiden välillä tapahdu riittävästi muuttoliikettä, vaan erityisesti länsisuomalaiset sudet pariutuvat pääosin keskenään. Myöskään Venäjän Karjalasta Suomeen vaeltavat sudet eivät näyttäisi asettuvan osaksi lounaisen Suomen susikantaa. Siksi sekä populaatiokokojen että tulomuuton pitäisi kasvaa, jotta Suomen osapopulaatioiden lyhyen aikavälin (Ne=100) sekä myös Fennoskandian metapopulaation pitkän aikavälin (Ne=1000) elinkelpoisuus saavutettaisiin. Mallien tulokset korostavat geenivirran merkitystä geneettiselle elinvoimaisuudelle, sillä skenaariot, joissa oletettiin, ettei tulomuuttoa ole (m=0), ja joissa Suomen osapopulaatioita mallinnettiin erillään naapurimaiden populaatioista, pienensivät efektiivisiä populaatiokokoja ja kasvattivat sukusiitoksen astetta huomattavasti. Viitearvoa määriteltäessä on perusteltua tarkastella Itä-Suomea ja Länsi-Suomea erikseen, jolloin molemmilla alueilla susipopulaatioiden tulisi ylittää alueen oma geneettinen PEP. Geneettinen PEP riippuu laskennassa käytettävän ajanjakson pituudesta ja siedetystä populaation kokonaiskelpoisuuden laskusta tälle ajanjaksolle. Usein käytettyjä arvoja ovat esimerkiksi viisi sukupolvea ja 10 % kelpoisuuden lasku. Tuloksia tarkasteltaessa on hyvä huomata, että periaatteessa kummankin alueen GPEP tulisi saavuttaa huolimatta siitä, mikä tilanne on toisella alueella, eli itäisen Suomen susipopulaatiota kasvattamalla ei voida laskea läntisen Suomen hyväksyttyä efektiivistä populaatiokokoa. Suomen susikannan tulee olla myös demografisesti elinvoimainen. Demografinen PEP riippuu laskennasta käytettävän ajanjakson pituudesta ja populaatiolle hyväksytystä häviämisriskistä tälle ajanjaksolle. Usein käytettyjä arvoja ovat esimerkiksi 100 vuotta ja 10 %:n häviämisriski, jotka perustuvat IUCN:n määritelmään lajin uhanalaisuudesta. Tässä työssä kehitetty demografinen populaatiomalli ei ota huomioon geneettisiä tekijöitä. Tämän takia sen pohjalta ei voida tutkia, kuinka suuri populaatio olisi elinvoimainen, jos myös geneettiset seikat huomioitaisiin. Populaatio voi siis vaikuttaa demografisilta ominaisuuksiltaan elinvoimaiselta, mutta samalla se voi olla liian pieni välttääkseen sukusiitosheikkoudesta johtuvia ongelmia, jotka voivat heikentää myös populaation demografisia ominaisuuksia. Näin ollen viitearvon asettamisessa tulee verrata osapopulaatioiden yhteenlaskettuja GPEP-tasoja demografiaan perustuvaan PEP-tasoon. Raportissa esitetään useita vaihtoehtoisia tapoja sekä pienimmän elinvoimaisen populaation että siitä johdettavien viitearvojen määrittämiseen. Koska vaihtoehtoja on paljon, raportissa esitetään myös useita esimerkkituloksia viitearvoista. Se, mitä esitetyistä vaihtoehdoista käytetään, edellyttää päätöksentekijältä valintoja määrittelyprosessin eri kohdissa. Raportissa esitetyt tulokset perustuvat Suomen susikannan nykyiseen tilanteeseen. Jos susikannan tila muuttuu, voi myös käsitys kannan elinvoimaisuudesta ja siihen perustuvista viitearvoista muuttua. Populaation geneettisiä ja demografisia ominaisuuksia tulisikin seurata säännöllisesti, ja viitearvoja ja niiden laskennan logiikkaa päivittää tarvittaessa. Päivityksen tarvetta voi ilmetä myös, jos viitearvomäärittelyyn liittyvää ohjeistusta päivitetään komission toimesta. Tavoite suotuisasta suojelutasosta koskee vain EU-maita. Kun kyseessä on laji, jonka populaatiot ovat kiinteästi yhteydessä toisiinsa yli valtiorajojen, olisi tärkeä kehittää ohjeistusta ja metodiikkaa niin, että viitearvomäärittelyssä voitaisiin paremmin huomioida biologiset ja ekologiset populaatiorajat

Reliable wolf-dog hybrid detection in Europe using a reduced SNP panel developed for non-invasively collected samples

Background Understanding the processes that lead to hybridization of wolves and dogs is of scientific and management importance, particularly over large geographical scales, as wolves can disperse great distances. However, a method to efficiently detect hybrids in routine wolf monitoring is lacking. Microsatellites offer only limited resolution due to the low number of markers showing distinctive allele frequencies between wolves and dogs. Moreover, calibration across laboratories is time-consuming and costly. In this study, we selected a panel of 96 ancestry informative markers for wolves and dogs, derived from the Illumina CanineHD Whole-Genome BeadChip (174 K). We designed very short amplicons for genotyping on a microfluidic array, thus making the method suitable also for non-invasively collected samples. Results Genotypes based on 93 SNPs from wolves sampled throughout Europe, purebred and non-pedigree dogs, and suspected hybrids showed that the new panel accurately identifies parental individuals, first-generation hybrids and first-generation backcrosses to wolves, while second- and third-generation backcrosses to wolves were identified as advanced hybrids in almost all cases. Our results support the hybrid identity of suspect individuals and the non-hybrid status of individuals regarded as wolves. We also show the adequacy of these markers to assess hybridization at a European-wide scale and the importance of including samples from reference populations. Conclusions We showed that the proposed SNP panel is an efficient tool for detecting hybrids up to the third-generation backcrosses to wolves across Europe. Notably, the proposed genotyping method is suitable for a variety of samples, including non-invasive and museum samples, making this panel useful for wolf-dog hybrid assessments and wolf monitoring at both continental and different temporal scales.Peer reviewe

Museum specimens of a landlocked pinniped reveal recent loss of genetic diversity and unexpected population connections

The Saimaa ringed seal (Pusa hispida saimensis) is endemic to Lake Saimaa in Finland. The subspecies is thought to have originated when parts of the ringed seal population of the Baltic region were trapped in lakes emerging due to postglacial bedrock rebound around 9000 years ago. During the 20th century, the population experienced a drastic human-induced bottleneck. Today encompassing a little over 400 seals with extremely low genetic diversity, it is classified as endangered. We sequenced sections of the mitochondrial control region from 60 up to 125-years-old museum specimens of the Saimaa ringed seal. The generated dataset was combined with publicly available sequences. We studied how genetic variation has changed through time in this subspecies and how it is phylogenetically related to other ringed seal populations from the Baltic Sea, Lake Ladoga, North America, Svalbard, and the White Sea. We observed temporal fluctuations in haplotype frequencies and loss of haplotypes accompanied by a recent reduction in female effective population size. In apparent contrast with the traditionally held view of the Baltic origin of the population, the Saimaa ringed seal mtDNA variation also shows affinities to North American ringed seals. Our results suggest that the Saimaa ringed seal has experienced recent genetic drift associated with small population size. The results further suggest that extant Baltic ringed seal is not representative of the ancestral population of the Saimaa ringed seal, which calls for re-evaluation of the deep history of this subspecies

Data from: Non-invasive genetic monitoring involving citizen science enables reconstruction of current pack dynamics in a re-establishing wolf population

Background: Carnivores are re-establishing in many human-populated areas, where their presence is often contentious. Reaching consensus over management decisions is often hampered by a dispute about the size of the local carnivore population. Understanding the reproductive dynamics and individual movements of the carnivores can provide support for management decisions, but individual-level information can be difficult to obtain from elusive, wide-ranging species. Non-invasive genetic sampling can yield such information, but makes subsequent reconstruction of population history challenging due to incomplete population coverage and error-prone data. Here, we combine a collaborative, volunteer-based sampling scheme with Bayesian pedigree reconstruction to describe the pack dynamics of an establishing grey wolf (Canis lupus) population in south-west Finland, where wolf breeding was recorded in 2006 for the first time in over a century. Results: Using DNA extracted mainly from faeces collected since 2008, we identified 81 individual wolves and assigned credible full parentages to 70 of these and partial parentages to a further 9, revealing 7 breeding pairs. Individuals used a range of strategies to obtain breeding opportunities, including dispersal to established or new packs, long-distance migration and inheriting breeding roles. Gene flow occurred between all packs but inbreeding events were rare. Conclusions: These findings demonstrate that characterizing ongoing pack dynamics can provide detailed, locally-relevant insight into the ecology of contentious species such as the wolf. Involving various stakeholders in data collection makes these results more likely to be accepted as unbiased and hence reliable grounds for management decisions

Ain’t Nothing like Family—Female Brown Bears Share Their Home Range with Relatives

Sociality in animal populations is a continuum, and interactions between conspecifics are meaningful for all vertebrates. Ignorance of social structures can lead to misunderstanding their ecology and, consequently, to unsuccessful species management. Here, we combined genetic and spatial data on radio-collared brown bears (Ursus arctos) to investigate kin-related home range overlap and kin-related centroid distance within central and eastern Finland. We found that the extent of home range overlap was positively correlated with relatedness among adult females. In addition, home range centroid distance decreased as relatedness increased. Moreover, there were significant differences between the two studied regions: female brown bears in central Finland were more closely related to each other, and the sizes of their home ranges were larger than those in eastern Finland. The smaller home ranges and lower degree of relatedness among bears in eastern Finland might be a result of the substantially higher hunting pressure in the area, combined with immigration of new unrelated individuals from Russia

Genetic structure of a re-establishing wolf population

201

Data from: Non-invasive genetic monitoring involving citizen science enables reconstruction of current pack dynamics in a re-establishing wolf population

Background: Carnivores are re-establishing in many human-populated areas, where their presence is often contentious. Reaching consensus over management decisions is often hampered by a dispute about the size of the local carnivore population. Understanding the reproductive dynamics and individual movements of the carnivores can provide support for management decisions, but individual-level information can be difficult to obtain from elusive, wide-ranging species. Non-invasive genetic sampling can yield such information, but makes subsequent reconstruction of population history challenging due to incomplete population coverage and error-prone data. Here, we combine a collaborative, volunteer-based sampling scheme with Bayesian pedigree reconstruction to describe the pack dynamics of an establishing grey wolf (Canis lupus) population in south-west Finland, where wolf breeding was recorded in 2006 for the first time in over a century. Results: Using DNA extracted mainly from faeces collected since 2008, we identified 81 individual wolves and assigned credible full parentages to 70 of these and partial parentages to a further 9, revealing 7 breeding pairs. Individuals used a range of strategies to obtain breeding opportunities, including dispersal to established or new packs, long-distance migration and inheriting breeding roles. Gene flow occurred between all packs but inbreeding events were rare. Conclusions: These findings demonstrate that characterizing ongoing pack dynamics can provide detailed, locally-relevant insight into the ecology of contentious species such as the wolf. Involving various stakeholders in data collection makes these results more likely to be accepted as unbiased and hence reliable grounds for management decisions