Sperm adaptation in relation to salinity in three goby species

In externally fertilizing species, the gametes of both males and females are exposed to the influences of the environment into which they are released. Sperm are sensitive to abiotic factors such as salinity, but they are also affected by biotic factors such as sperm competition. In this study, the authors compared the performance of sperm of three goby species, the painted goby, Pomatoschistus pictus, the two-spotted goby, Pomatoschistus flavescens, and the sand goby, Pomatoschistus minutus. These species differ in their distributions, with painted goby having the narrowest salinity range and sand goby the widest. Moreover, data from paternity show that the two-spotted goby experiences the least sperm competition, whereas in the sand goby sperm competition is ubiquitous. The authors took sperm samples from dissected males and exposed them to high salinity water (31 PSU) representing the North Sea and low salinity water (6 PSU) representing the brackish Baltic Sea Proper. They then used computer-assisted sperm analysis to measure the proportion of motile sperm and sperm swimming speed 10 min and 20 h after sperm activation. The authors found that sperm performance depended on salinity, but there seemed to be no relationship to the species' geographical distribution in relation to salinity range. The species differed in the proportion of motile sperm, but there was no significant decrease in sperm motility during 20 h. The sand goby was the only species with motile sperm after 72 h

Immigrant reproductive dysfunction facilitates ecological speciation

The distributions of species are not only determined by where they can survive – they must also be able to reproduce. Although immigrant inviability is a well-established concept, the fact that immigrants also need to be able to effectively reproduce in foreign environments has not been fully appreciated in the study of adaptive divergence and speciation. Fertilization and reproduction are sensitive life-history stages that could be detrimentally affected for immigrants in non-native habitats. We propose that “immigrant reproductive dysfunction” is a hitherto overlooked aspect of reproductive isolation caused by natural selection on immigrants. This idea is supported by results from experiments on an externally fertilizing fish (sand goby, Pomatoschistus minutus). Growth and condition of adults were not affected by non-native salinity whereas males spawning as immigrants had lower sperm motility and hatching success than residents. We interpret these results as evidence for local adaptation or acclimation of sperm, and possibly also components of paternal care. The resulting loss in fitness, which we call “immigrant reproductive dysfunction,” has the potential to reduce gene flow between populations with locally adapted reproduction, and it may play a role in species distributions and speciation

Molecular, behavioural and morphological comparisons of sperm adaptations in a fish with alternative reproductive tactics

In species with alternative reproductive tactics, there is much empirical support that parasitically spawning males have larger testes and greater sperm numbers as an evolved response to a higher degree of sperm competition, but support for higher sperm performance (motility, longevity and speed) by such males is inconsistent. We used the sand goby (Pomatoschistus minutus) to test whether sperm performance differed between breeding-coloured males (small testes, large mucus-filled sperm-duct glands; build nests lined with sperm-containing mucus, provide care) and parasitic sneaker-morph males (no breeding colouration, large testes, rudimentary sperm-duct glands; no nest, no care). We compared motility (per cent motile sperm), velocity, longevity of sperm, gene expression of testes and sperm morphometrics between the two morphs. We also tested if sperm-duct gland contents affected sperm performance. We found a clear difference in gene expression of testes between the male morphs with 109 transcripts differentially expressed between the morphs. Notably, several mucin genes were upregulated in breeding-coloured males and two ATP-related genes were upregulated in sneaker-morph males. There was a partial evidence of higher sperm velocity in sneaker-morph males, but no difference in sperm motility. Presence of sperm-duct gland contents significantly increased sperm velocity, and nonsignificantly tended to increase sperm motility, but equally so for the two morphs. The sand goby has remarkably long-lived sperm, with only small or no decline in motility and velocity over time (5 min vs. 22 h), but again, this was equally true for both morphs. Sperm length (head, flagella, total and flagella-to-head ratio) did not differ between morphs and did not correlate with sperm velocity for either morph. Thus, other than a clear difference in testes gene expression, we found only modest differences between the two male morphs, confirming previous findings that increased sperm performance as an adaptation to sperm competition is not a primary target of evolution.</p

Framtida havsnivåer i Sverige

Sveriges kustområden drabbas ibland av tillfälliga översvämningar i samband med stormar eller då kraftiga lågtryck passerar. Översvämningar kan orsaka allvarliga samhällsstörningar och vatteninträngning i byggnader kan ge upphov till stora kostnader. Den pågående globala uppvärmningen, med stigande havsnivåer som följd, aktualiserar frågan om hur vattenståndet kring svenska kusten kan förändras, idag och i framtiden. Havet stiger och det kommer att pågå under hundratals eller kanske till och med tusentals år framöver. SMHI startade 2015 ett projekt för att beskriva havsnivåer längs svenska kusten i dagens och framtidens klimat. Projektet har levererat: Beräknade medelvattenstånd för hela Sveriges kust för år 2050 och år 2100 utifrån tre olika framtida klimatscenarier. En visningstjänst för framtida medelvattenstånd. En beskrivning av hur höga havsvattenstånd kan beräknas för en specifik plats. Höga vattenstånd för SMHI:s mätstationer samt en visualisering av dessa. En översikt över statistisk metodik. En vägledning för utvärdering av lokala effekter. En beskrivning av kända högvattenhändelser i olika kustområden och parametrar och processer relaterade till dessa. Denna rapport presenterar en översikt över resultaten som tagits fram i projektet och avslutas med en beskrivning av hur framtidens höga havsnivåer kan bedömas i planeringssyfte. SMHI har i rapporten inte tagit ställning till vilket klimatscenario eller vilken tidshorisont som är mest lämpligt att använda för samhällsplanering. Detta måste bestämmas i ett situationsspecifikt sammanhang där risk och kostnader beaktas. SMHI vill betona att även om år 2100 ofta anges som slutår för klimatscenarier, så kommer havets nivå att fortsätta att stiga längre än så. Rapporten summerar resultat från övriga rapporter som framtagits inom projektet. För ytterligare detaljer hänvisas till dessa (se Förord)

Beräkning av högsta vattenstånd längs Sveriges kust

I rapporten redovisas hur en metod framtagits för att kunna skatta de allra högsta havsvattenstånd som kan uppträda vid de mätstationer för havsvattenstånd som finns längs Sveriges kust. Metoden är generell och principerna kan därför tillämpas på mätdataserier från olika platser. För att kunna tillämpa metoden måste dock mätdataserien ha en viss minimilängd och tidsupplösning. Resultaten som tas fram är empiriska, vilket betyder att de baseras på tillgängliga mätdata. I analysen delades data upp i två delar; det genomsnittliga vattenståndet före en högvattenhändelse och nettohöjningen under en högvattenhändelse. Dessa delar benämns havsnivå före storm respektive nettohöjning, i enlighet med: stormflod = havsnivå före storm + nettohöjning Nivån på stormfloden är det högsta uppmätta havsvattenståndet under respektive högvattenhändelse. I analysen har även högvattenhändelser som inte förknippas med stormar inkluderats. Många av de högsta stormfloderna har inträffat när havsnivån före storm är förhöjd jämfört med medelvattenståndet, framförallt i stora delar av Östersjön. I analysen ingår samtliga högvattenhändelser från vilka det finns tillgänglig mätdata, även sådana som startat från ett lågt utgångsläge. I analysen indelades mätstationerna i olika kustområden och samvariationen mellan mätstationerna undersöktes. För varje enskild station, där havsvattenstånd observeras, har högsta havsnivå före storm och högsta nettohöjning framtagits. Den högsta havsnivån före storm som uppmätts inom kustområdet bedömdes gälla för alla mätstationer inom området. Det högsta beräknade havsvattenståndet definierades som kustområdets högsta havsnivå före storm plus mätstationens högsta nettohöjning. Tidvatteneffekten har inte beaktats särskilt, utan är i viss mån inkluderad i nettohöjningen. Denna förenkling beskrivs närmare i Schöld m fl. (2017). Analysen visade att: samvariationen inom kustområden är mycket hög för vanligt förekommande vattenstånd. högvattenhändelser förekommer oftare i vissa kustområden. de högsta vattenstånden kan variera mycket, även mellan stationer inom samma kustområde. havsnivån före storm är en mer betydande stormflodskomponent i Östersjön och mindre betydande i Skagerrak-Kattegatt. havsnivån före storm behöver identifieras så att den inte är påverkad av själva stormhändelsen. det är lämpligt att uppdatera det högsta beräknade havsvattenståndet regelbundet,särskilt efter att nya rekordhöga stormfloder inträffat. Vi valde att definiera havsnivån före storm som ett medelvärde över sju dygn, 48 timmar före stormflodens maximum. Metodiken avser nivåer ovanpå ett gällande medelvattenstånd. Framtida förändringar av medelvattenståndet orsakade av den globala klimatförändringen behandlas inte i denna rapport. Tillämpningen av metoden i ett framtida klimat beskrivs i Nerheim m fl. (2017)

Beräkning av högsta vattenstånd längs Sveriges kust

I rapporten redovisas hur en metod framtagits för att kunna skatta de allra högsta havsvattenstånd som kan uppträda vid de mätstationer för havsvattenstånd som finns längs Sveriges kust. Metoden är generell och principerna kan därför tillämpas på mätdataserier från olika platser. För att kunna tillämpa metoden måste dock mätdataserien ha en viss minimilängd och tidsupplösning. Resultaten som tas fram är empiriska, vilket betyder att de baseras på tillgängliga mätdata. I analysen delades data upp i två delar; det genomsnittliga vattenståndet före en högvattenhändelse och nettohöjningen under en högvattenhändelse. Dessa delar benämns havsnivå före storm respektive nettohöjning, i enlighet med: stormflod = havsnivå före storm + nettohöjning Nivån på stormfloden är det högsta uppmätta havsvattenståndet under respektive högvattenhändelse. I analysen har även högvattenhändelser som inte förknippas med stormar inkluderats. Många av de högsta stormfloderna har inträffat när havsnivån före storm är förhöjd jämfört med medelvattenståndet, framförallt i stora delar av Östersjön. I analysen ingår samtliga högvattenhändelser från vilka det finns tillgänglig mätdata, även sådana som startat från ett lågt utgångsläge. I analysen indelades mätstationerna i olika kustområden och samvariationen mellan mätstationerna undersöktes. För varje enskild station, där havsvattenstånd observeras, har högsta havsnivå före storm och högsta nettohöjning framtagits. Den högsta havsnivån före storm som uppmätts inom kustområdet bedömdes gälla för alla mätstationer inom området. Det högsta beräknade havsvattenståndet definierades som kustområdets högsta havsnivå före storm plus mätstationens högsta nettohöjning. Tidvatteneffekten har inte beaktats särskilt, utan är i viss mån inkluderad i nettohöjningen. Denna förenkling beskrivs närmare i Schöld m fl. (2017). Analysen visade att: samvariationen inom kustområden är mycket hög för vanligt förekommande vattenstånd. högvattenhändelser förekommer oftare i vissa kustområden. de högsta vattenstånden kan variera mycket, även mellan stationer inom samma kustområde. havsnivån före storm är en mer betydande stormflodskomponent i Östersjön och mindre betydande i Skagerrak-Kattegatt. havsnivån före storm behöver identifieras så att den inte är påverkad av själva stormhändelsen. det är lämpligt att uppdatera det högsta beräknade havsvattenståndet regelbundet,särskilt efter att nya rekordhöga stormfloder inträffat. Vi valde att definiera havsnivån före storm som ett medelvärde över sju dygn, 48 timmar före stormflodens maximum. Metodiken avser nivåer ovanpå ett gällande medelvattenstånd. Framtida förändringar av medelvattenståndet orsakade av den globala klimatförändringen behandlas inte i denna rapport. Tillämpningen av metoden i ett framtida klimat beskrivs i Nerheim m fl. (2017)

Hur kan Sverige rusta för stigande hav? : Sammanfattning och slutsatser från Workshop on Sea Level Rise; IPCC SROCC Science and Planning for Climate Adaptation

I november 2019 arrangerade SMHI en workshop på temat stigande havsnivåer. Deltog gjorde bland annat representanter från nationella och internationella myndigheter, kommuner, universitet och forskningsinstitut. Under workshoppen diskuterades den senaste forskningen inom området, kopplat till klimatanpassning och samhällsplanering för stigande havsnivåer. Inbjudna föreläsare berättade om klimatanpassning i Skandinavien och om det aktuella kunskapsläget.Workshoppens syfte var att diskutera FN:s klimatpanels specialrapport ”Havet och kryosfären i ett förändrat klimat”, att identifiera de utmaningar och behov som olika samhällsaktörer stöter på i arbetet med stigande havsnivåer, samt att hitta möjliga vägar framåt för att möta dessa. Under workshoppen hölls diskussioner på olika teman, bland annat strategier för klimatanpassning och metoder för att skatta extrema högvattenhändelser i ett framtida klimat. Vid ett rundabordssamtal diskuterades behov av riktlinjer, information och kunskapsunderlag i relation till havsnivåfrågan.Deltagarna var eniga om att kunskap om osäkerheter kopplat till framtida havsnivåer och högvattenhändelser är av stor vikt för att klimatplanering ska kunna genomföras på ett robust sätt. Projektioner för havsnivåhöjning på en längre tidshorisont än 2100 lyftes också fram som något som bör belysas i syfte att tydliggöra vikten av utsläppsminskning och långsiktig planering. Annat som diskuterades var behovet av en fortlöpande dialog mellan aktörer som arbetar med att ta fram riktlinjer och kunskapsunderlag, samt att man måste hitta strategier för att hantera det faktum att den vetenskapliga informationen om klimatförändringarna både innehåller osäkerheter och är i ständig utveckling.I rapportens avslutande kapitel ger SMHI exempel på hur vi skulle kunna bidra till att uppfylla de identifierade behoven och möta de utmaningar som samhället står inför när havet stiger längs våra kuster.SMHI vill rikta ett särskilt tack till Anders Rimne, Anna Wåhlin, Carlo Sass Sørensen, Cathrine Andersen, Gunnel Göransson, Kristian Breili, Michalis I. Vousdoukas, Roderik Van de Wal och Sönke Dangendorf som höll presentationer under workshoppen. Vi vill även tacka alla som deltog och bidrog till intressanta diskussioner och värdefulla insikter.In November 2019 SMHI arranged a workshop on rising sea levels, with participants from national and international authorities, municipalities and research institutes. During the workshop, science in relation to climate adaptation and planning for rising sea levels was discussed. Invited speakers held talks on climate adaptation in Scandinavia and the current state of research on rising sea levels.The purpose of the workshop was to discuss the IPCC Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate, to identify challenges and knowledge requirements that different organizations encounter when dealing with future sea levels, and to find ways to address these. During the workshop, discussions were held on strategies for climate adaptation, methods for estimating future extreme sea level events and the need for guidelines and information in relation to sea level rise.Participants agreed that an understanding of uncertainties in projections of future sea levels and extreme events are vital for robust planning. Projections that extend beyond year 2100 are also needed as they highlight the importance of mitigation and long term planning. Furthermore, a continuous dialogue between the “knowledge providers” and the organizations developing planning guidelines is needed in order to find strategies for dealing with the fact that climate projections contain large uncertainties and that science and our knowledgebase is evolving rapidly.In the final chapter of this report, possible ways to meet the challenges and knowledge requirements identified during the workshop are discussed by SMHI.SMHI would like to thank all participants, especially those who acted as key note speakers: Anders Rimne, Anna Wåhlin, Carlo Sass Sørensen, Cathrine Andersen, Gunnel Göransson, Kristian Breili, Michalis I. Vousdoukas, Roderik Van de Wal and Sönke Dangendorf.</p

Continuous but not intermittent noise has a negative impact on mating success in a marine fish with paternal care

Anthropogenic underwater noise is a global pollutant of increasing concern but its impact on reproduction in fish is largely unknown. Hence, a better understanding of its consequences for this important link to fitness is crucial. Working in aquaria, we experimentally tested the impact of broadband noise exposure (added either continuously or intermittently), compared to a control, on the behaviour and reproductive success of the common goby (Pomatoschistus microps), a vocal fish with exclusive paternal care. Compared to the intermittent noise and control treatments, the continuous noise treatment increased latency to female nest inspection and spawning and decreased spawning probability. In contrast, many other female and male pre-spawning behaviours, and female ventilation rate (proxies for stress levels) did not differ among treatments. Therefore, it is likely that female spawning decisions were delayed by a reduced ability to assess male acoustic signals, rather than due to stress per se and that the silent periods in the intermittent noise treatment provided a respite where the females could assess the males. Taken together, we show that noise (of similar frequency range as anthropogenic boat noise) negatively affects reproductive success, particularly under a continuous noise exposure.Financial support was provided by the Graduate School in Marine Environmental Research at the Gothenburg Centre for Marine Research, Helge Ax:son Johnssons stiftelse, Herbert &amp; Karin Jacobssons stiftelse, Wilhem och Martina Lundgren, Rådman och Fru Ernst Collianders stiftelse (to E.L.B.), Linneus Centre for Marine Evolutionary Biology (to O.S. and C.K.), Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT), through the strategic project UID/MAR/04292/2019 granted to MARE (to M.C.P.A.) and the Swedish Research Council (to C.K.).</p

Vattenståndsdynamik längs Sveriges kust

För att skapa ett samhälle väl anpassat till dagens och framtidens havsnivåer behövs besluts- och planeringsunderlag. Skyddsåtgärder och designnivåer för kustskydd är högaktuella frågor och många aktörer är intresserade av information kring potentiella maxnivåer för vattenstånd på olika tidshorisonter. SMHI har därför analyserat de mätdataserier för havsvattenstånd som idag finns tillgängliga från stationer längs Sveriges kust. Det primära syftet var att ta fram en metod för att beräkna det högsta möjliga havsvattenståndet vid mätstationer längs Sveriges kust. Metoden beskrivs i Schöld m.fl.(2017). I föreliggande rapport beskrivs allmänt havsnivåer, mätdata, modeller och de resultat som erhölls från olika analyser av mätdata. Mätstationerna indelades i åtta olika kustområden inom vilka vattenståndet samvarierar. Det väder och de specifika stormbanor, som under de senaste 40 åren orsakat de högsta stormfloderna på olika platser längs den svenska kusten kartlades, och vattenståndsdynamiken vid olika mätstationer studerades. Kortvariga höjningar av vattenståndet undersöktes, både med avseende på kraftiga vattenståndshöjningar orsakade av passerande väderssystem och med avseende på förhöjda utgångslägen, som i sin tur kan bidra till att stormfloder blir extra höga. Det högsta beräknade havsvattenstånd som presenteras är de högsta möjliga stormfloder som skulle kunna inträffa baserat på empiriska analyser av mätdata vid de olika stationerna. Kända extrema händelser, som ägt rum före det att vattenståndet började registreras, ingår inte eftersom de inte har kunnat kvantifieras. Framtida förändringar av medelvattenståndet orsakade av den globala klimatförändringen behandlas inte i denna rapport. Resultaten från studien visar att vattennivåerna i Östersjön generellt blir som högst i Bottenviken och i de södra delarna. De höga vattenstånden i större delen av Östersjön är inte lika höga som på västkusten och i Öresund. I Östersjön förefaller också utgångsläget, havsnivån före stormen, utgöra en större del av den resulterande vattenståndshöjningen. Vid flera stationer i de centrala delarna av Östersjön är havsnivån före storm i stort sett hälften av det högsta beräknade havsvattenståndet. Längs västkusten är istället de nettohöjningar som orsakas av rena stormeffekter den viktigaste stormflodskomponenten. Lokala förhållanden, till exempel om stationen är belägen vid en öppen, rak kust eller inne i en vik, påverkar hur högt vattenståndet kan förväntas bli på en viss plats. Analyserna visar att stormfloder skulle kunna bli omkring 20-40 cm högre än hittills observerade maximala nivåer i olika kustområden. En osäkerhetsmarginal på runt +15 cm är lämplig att addera, särskilt i de områden där tidvatten förekommer

Molecular, behavioural and morphological comparisons of sperm adaptations in a fish with alternative reproductive tactics

In species with alternative reproductive tactics, there is much empirical support that parasitically spawning males have larger testes and greater sperm numbers as an evolved response to a higher degree of sperm competition, but support for higher sperm performance (motility, longevity and speed) by such males is inconsistent. We used the sand goby (Pomatoschistus minutus) to test whether sperm performance differed between breeding-coloured males (small testes, large mucus-filled sperm-duct glands; build nests lined with sperm-containing mucus, provide care) and parasitic sneaker-morph males (no breeding colouration, large testes, rudimentary sperm-duct glands; no nest, no care). We compared motility (per cent motile sperm), velocity, longevity of sperm, gene expression of testes and sperm morphometrics between the two morphs. We also tested if sperm-duct gland contents affected sperm performance. We found a clear difference in gene expression of testes between the male morphs with 109 transcripts differentially expressed between the morphs. Notably, several mucin genes were upregulated in breeding-coloured males and two ATP-related genes were upregulated in sneaker-morph males. There was a partial evidence of higher sperm velocity in sneaker-morph males, but no difference in sperm motility. Presence of sperm-duct gland contents significantly increased sperm velocity, and nonsignificantly tended to increase sperm motility, but equally so for the two morphs. The sand goby has remarkably long-lived sperm, with only small or no decline in motility and velocity over time (5 min vs. 22 h), but again, this was equally true for both morphs. Sperm length (head, flagella, total and flagella-to-head ratio) did not differ between morphs and did not correlate with sperm velocity for either morph. Thus, other than a clear difference in testes gene expression, we found only modest differences between the two male morphs, confirming previous findings that increased sperm performance as an adaptation to sperm competition is not a primary target of evolution. This study was performed within the Centre for Marine Evolutionary Biology, CeMEB, at the University of Gothenburg (https://www. gu.se/en/cemeb -marin e-evolu tiona ry-biology), supported by a Linnaeus-grant from the Swedish Research Councils VR and Formas (grant nr 217-2008- 1719). The resources created by the Infrastructure for MArine Genetic model Organisms, IMAGO (https://www.gu.se/ en/cemeb-marine-evolu tionary-biology/imago) were especially important. Additional funding was given by the Swedish Research Council VR (CK, 2016-03343 and 621-2011- 4004), the Academy of Finland (EL, grant nr 136464) and the ASSEMBLE programme (KL and EL).</p