The influence of habitat isolation on space use and genetic structure of stone marten Martes foina population

Fragmentacja środowiska jest obecnie jednym z głównych zagadnień biologii populacyjnej i ochrony przyrody. Wzrost fragmentacji powoduje zwiększanie liczby płatów środowiska, przy jednoczesnym zmniejszaniu ich powierzchni oraz wzroście ich izolacji. Izolowane płaty są otoczone “ekologicznym tłem” (ang. matrix), czyli różnymi typami antropogenicznych lub naturalnych środowisk, które charakteryzują się różnym stopniem „przepuszczalności”, przez co mogą ograniczać dyspersję i wpływać na użytkowanie przestrzeni przez zwierzęta zasiedlające płaty. Wzrost izolacji powoduje również spadek zróżnicowania genetycznego z powodu dryfu genetycznego. Niniejsza rozprawa doktorska znacząco poszerza stan wiedzy na temat wpływu fragmentacji środowiska na funkcjonowanie populacji kuny domowej (Martes foina) – średniej wielkości drapieżnika ściśle związanego z obszarami zurbanizowanymi. Celem przedstawionej rozprawy było (1) poznanie wybiórczości środowiskowej kuny domowej w celu zidentyfikowania potencjalnych barier środowiskowych tworzonych przez różnego rodzaju matrix, (2) przeanalizowanie struktury genetycznej populacji kuny domowej w Polsce, w celu ilościowego oszacowania przepuszczalności różnych typów matrix oraz (3) porównanie użytkowania przestrzeni w populacjach o różnym stopniu izolacji. Analizy przeprowadziłam na dwóch poziomach: (1) na obszarze całej Polski określiłam zmienność i strukturę genetyczną kuny domowej; (2) na dwóch powierzchniach badawczych w północno-wschodniej Polsce (o niskim i wysokim stopniu izolacji) zbadałam wybiórczość środowiskową i użytkowanie przestrzeni. Analizy wybiórczości środowiskowej wykazały, że kuna domowa preferuje obszary antropogeniczne (głównie wsie), natomiast unika łąk i lasów. Wykorzystuje ona niewielkie płaty odnowień leśnych, otwarte tereny podmokłe i doliny rzek proporcjonalnie do powierzchni zajmowanej przez te środowiska w otaczającym krajobrazie. Prawdopodobnie unikanie przez kunę domową dużego kompleksu leśnego jest związane z niskimi temperaturami w czasie zimy, brakiem odpowiednich kryjówek (które są dostępne w zabudowaniach) i/lub wysoką presją drapieżników. Stosunkowo duże zagęszczenie i niski stopień izolacji obszarów zabudowanych w Polsce powodują brak wyraźnej struktury genetycznej w polskiej populacji kuny domowej, a stwierdzone zróżnicowanie genetyczne wynika głównie z izolacji przez dystans. Jednak kuny domowe zasiedlające wsie otoczone dużym kompleksem leśnym Puszczy Białowieskiej stanowią wyraźnie rozdzielną genetycznie grupę o dwukrotnie wyższym indeksie odrębności genetycznej, niż pozostałe populacje z Polski. Jednocześnie wyniki analiz genetycznych wskazują na niedawną kolonizację północno-wschodniej Polski przez kunę domową, która nastąpiła prawdopodobnie dopiero około 20-30 lat temu. Analizy użytkowania przestrzeni przez kunę domową wykazały, że konsekwencją silnej izolacji przez duży kompleks leśny było wykorzystywanie przez nią dwóch strategii użytkowania przestrzeni – stacjonarnej i nomadycznej, niezależnie od wieku i masy ciała osobnika. Stacjonarne osobniki zajmowały najmniejsze w Europie areały. Z kolei osobniki nomadyczne, w porównaniu do stacjonarnych, użytkowały nawet siedmiokrotnie większe areały i odbywały dłuższe dobowe wędrówki. Na powierzchni izolowanej obecność dwóch strategii oraz wysoki stopień sezonowych przesunięć areału prowadziły do niskiej stabilności struktury użytkowania przestrzeni. Na powierzchni o mniejszym stopniu izolacji nie występowały osobniki nomadyczne. W przedstawionej rozprawie doktorskiej kompleksowo przeanalizowano skutki izolacji środowiska, wykazując, że rodzaj matrix otaczającego płaty środowiska wpływa na strukturę genetyczną i ekologię populacji w pofragmentowanym krajobrazie. Wyniki te jednocześnie pozwalają na wyjaśnienie interakcji pomiędzy dwoma gatunkami kun występującymi w Polsce oraz pełniejsze zrozumienie historii kolonizacji Europy przez kunę domową.

Habitat fragmentation is a key issue in both population and conservation biology. Isolated patches resulting from habitat fragmentation are often surrounded by matrices with different permeabilities that can restrict dispersal and affect space use patterns. Decreased of matrix permeability is often change individual’s behavior, including emigration attempts and altered space use. Isolated populations suffer from the effects of genetic drift and show both low genetic diversity and high genetic differentiation compared to neighboring populations. This PhD thesis significantly expanded the knowledge of the habitat selection, genetic structure, and space use patterns of stone marten (Martes foina) —widespread medium-sized solitary carnivore associated with human inhabitation. The aim of this thesis was to (1) examine habitat selection of stone marten to identify potential environmental barriers created by various matrix types, (2) analyze the genetic structure of stone marten in Poland to quantify the levels of permeability of matrix types, and (3) compare space use patterns in sites with different degrees of isolation. To achieve these goals, analyses were carried out on two levels: (1) the whole of Poland, where an analysis of the genetic diversity and structure of stone marten was conducted; (2) two sites in north-eastern Poland with different matrix permeabilities (highly-isolated and less-isolated site). Analysis of habitat selection of stone marten showed that it strongly prefer developed areas (villages) over meadows and forests. Stone marten typically utilize small patches with tree regeneration, open wetlands, and river valleys in similar proportions with respect to their availability in the landscape. Avoidance of large forest complexes by stone marten is probably related to thermal stress and/or high predation pressure. High availability of developed areas with low isolation degrees contributes to the weak genetic structure of stone marten across large areas in Poland and is mostly a factor of isolation by distance. Genetic structure of stone marten in Poland revealed two to four population clusters with high levels of admixture among sites and low probability of assignment (except for highly-isolated site). However, the genetic uniqueness of marten inhabiting particular sites increased with larger proportions of forests in surrounding sites. Our hypothesis that a large forest complex constitutes environmental barriers restricting gene flow was confirmed through genetic analyses, which demonstrate the high genetic differentiation of a single population from Białowieża Primeval Forest. Moreover, these genetic analyses show that a densely forested area in north-eastern Poland was colonized 20-30 years ago.¬ As a consequence of high isolation by forest complex, stone marten adopted two strategies of home range use – stationary and roaming. Stationary individuals used some of the smallest home ranges in Europe. On the contrary, roaming individuals had a 7-fold larger home range size, moved farther between independent locations than stationary individuals, and often switched between strategies. The two space use strategies and low home range fidelity led to low stability of the spacing pattern in the highly isolated site. Marten did not differ in body mass, survival, and sex ration in sites with varying levels of isolation by unfavorable matrix. To conclude, this PhD thesis reveal that habitat patches surrounded by matrices which influence genetic structure and population ecology in fragmented landscapes. Isolation by matrix may restrict gene flow, ultimately shaping genetic structure and changing an animal’s behavior.