Population genetics and population ecology in management of endangered species

Abstract Knowledge of the determinants of the viability of populations is essential in order to undertake effective conservation and management of endangered species. In this study, long-term demographic data was combined with genetic data to study the viability of an endangered orchid species, Epipactis atrorubens. The genetic analyses revealed low levels of genetic variation and the presence of population genetic differentiation independent of the spatial scale. Low levels of seed-mediated gene flow, possibly linked to low seedling recruitment, is the likely cause of the low levels of gene flow. Indications of slow post-glacial colonisation rates were found, which together with the low gene flow predict a limited capacity of the species to shift its range to more suitable habitats after environmental change. Low genetic variation as a proxy for low evolutionary potential also suggests that the species has limited capacity to adapt to new environmental conditions. Furthermore, poor seedling recruitment lowers population viability in small populations, as highlighted by the low population growth rates. In addition, we found a strong effect of stochasticity that limits the viability of populations. Both the genetic and demographic analyses indicated low viability of the studied species and that seedling recruitment could be the main determinant for the viability.Tiivistelmä Luonnonsuojelun perusta on populaatioiden elinkykyyn vaikuttavien tekijöiden tuntemus. Tässä väitöskirjatyössä tutkittiin uhanalaisen orkidean, tummaneidonvaipan (Epipactis atrorubens), elinkykyyn vaikuttavia tekijöitä yhdistämällä pitkäaikaisseurannoilla kerätyt demografiset aineistot geneettisin menetelmin kerättyihin aineistoihin. Lajin populaatioiden geneettisen muuntelun määrän havaittiin olevan pieni ja populaatioiden todettiin olevan geneettisesti erilaistuneita maantieteellisestä skaalasta riippumatta. Geneettisen erilaistumisen syy voi olla alhainen geenivirta, joka on seurausta vähäisestä siemendispersaalista ja huonosta taimettumisesta. Populaatioiden evolutiivista historiaa tutkittaessa havaittiin merkkejä hitaasta jääkauden jälkeisestä kolonisaatiosta, mikä yhdessä alhaisen geenivirran kanssa ennustaa, että lajilla on huono kyky siirtyä sille sopivammille alueille, jos ympäristö muuttuu. Huonoa evolutiivista potentiaalia kuvastava vähäinen geneettinen muuntelu ennustaa, että lajilla on huono kyky sopeutua uusiin ympäristöoloihin. Tämän lisäksi huono taimettuminen laskee elinkykyä etenkin pienissä populaatioissa, mikä näkyy muun muassa pienten populaatioiden matalina kasvukertoimina. Stokastinen vaihtelu vaikutti elinkykyä alentavasti, mikä pitäisikin huomioida nykyistä paremmin elinkykyanalyyseissä. Sekä geneettiset että demografiset analyysit osoittivat taimettumisen mahdollisesti olevan määräävä tekijä tummaneidonvaipan populaatioiden elinkyvylle