Genetic structure and hatchling behavior of sea turtle populations in the Eastern Mediterranean

Abstract

Çok eski bir tür olan ve günümüzde de yaşayan deniz kaplumbağalarının tarihi 110 milyon yıl önceye dayanmaktadır. Dünya okyanuslarında farklı nişlerle yayılım gösteren toplamda yedi deniz kaplumbağası türü vardır. Akdenizde ise üreme davranışında bulunan iki tür bulunmaktadır; İribaş deniz kaplumbağası (Caretta caretta) ve yeşil deniz kaplumbağası (Chelonia mydas). Yeşil ve iribaş deniz kaplumbağalarının Akdeniz alt populasyonları IUCN Kırmızı listesindedir ve sırasıyla kritik olarak soyu tükenmekte olan ve soyu tükenme tehlikesi altında olan şeklinde katagorize edilmiştir. Bu türleri korumak için atılan ilk adım, onların biyoloji ve ekolojileri hakında daha fazla bilgi sahibi olmaktır. Deniz kaplumbağalarının ekolojileri ve korunması hakkında yürütülen bir çok çalışma olmasına rağmen, daha kapsamlı izleme çalışmaları ve genetik yapılarının anlaşılması adına yeni teknoloji uygulamaları gerekmektedir. Bu bağlamda tezin amacı, deniz kaplumbağası populasyonlarının genetik yapısının anlaşılması ve Doğu Akdeniz'de deniz kaplumbağası yavru çıkışı üzerine yeni gözlemleme metodunun test edilmesi olarak iki bölüm altında sırasıyla incelenmiştir.Birinci bölümde, Doğu Akdeniz'de bulunan deniz kaplumbağalarının genetik yapısını anlamak için genetik analizlerde çekirdek DNA kodlanmayan bölgede bulunan R35: RNA Parmakizi Proteini ve mitekondriyal DNA COI: sitokrom oksidaz altunite I gen bölgeleri kullanılmıştır. Örnekler, Antalya-Belek, Mersin-Erdemli, Hatay-Samandağ ve Kuzey Kıbrıs bölgelerinden iri baş ve yeşil deniz kaplumbağaları ve bir dış grup olarak yumuşak kabuklu nil kaplumbağasından toplanmıştır. Örneklem hiçbir canlıya zarar verilmeden, ölü yavruların kas ve deri dokuları üzerinden gerçekleştirildi. Aralarındaki ilişkiyi anlamak adına çalışmanın sonuçları genetik veritabanından elde edilen örneklerle karşılaştırıldı. Bu çalışmada, 240 sekanstan elde edilen toplam 115 haplotipten; iribaş deniz kaplumbağası için 50 ve yeşil deniz kaplumbağası için ise 54 haplotip ortaya çıkarılmıştır. En yüksek derecede polimorfizm ve haplotip Mersin (ODTÜ Erdemli Kampüsü) iri baş deniz kaplumbağası üreme populasyonunda görülmüştür. Gen akışı (Nm) ve genetik farklılaşma (Fst) tahminlerine göre Doğu Akdeniz yeşil deniz kaplumbağası populasyonu Antalya ve Hatay/Mersin/Kuzey Kıbrıs yuvalama kolonileri olarak gruplanırken; iribaş deniz kaplumbağaları Mersin/Antalya ve Kuzey Kıbrıs olarak gruplandı. Ayrıca Antalya ve Mersin örneklerinden, dişi iri baş deniz kaplumbağası ve erkek yeşil deniz kaplumbağası türleri arası üreme sonucunda ortaya çıkan toplam 30 hibrid birey saptanmıştır. Buna ek olarak, hibrid bireylerin bulunduğu iribaş deniz kaplumbağası yuvalarından 9 tanesinde; biri iribaş deniz kaplumbağası, diğeri de yeşil deniz kaplumbağası olmak üzere en az iki erkekle ortaya çıkan çoklu babalık tespit edilmiştir. İkinci bölümde ise; 2014 ve 2015 yıllarında ODTÜ Erdemli Kampüsünde, yavru çıkış desenlerini ve yavruların çıkış davranışlarını anlamak için bir yeşil deniz kamplumbağası ve dört iribaş deniz kaplumbağası yuvası gece görüşlü kameralar ile izlenmiştir. Yavru çıkışları devamlı olarak kayıt altına alınmış, grup çıkışı ve zamansal desenleri, kuluçka süreleri analiz edilmiştir. Çalışma sonucunda yavru çıkışlarının değişken grup sayıları ve büyüklüklerde belirli bir zamanlama olmaksızın gerçekleştiği görülmüştür. Toplam yavru çıkışının %98.6'sı gece gerçekleşmiş olup, en yüksek aktivite 21:00 ve 00:00 saaatleri arasında meydana gelmiştir.Toplam yavru çıkış aktivitesi, yuva kurulumundan sonra 60-65 gün, ilk yavru çıkışından sonra ise 1-22 gün devam etmiştir.Bu çalışma, Doğu Akdeniz deniz kaplumbağası üreme populasyonlarının genetik yapısının daha iyi anlaşılmasını sağlamaktadır. Çalışmaya göre Doğu Akdeniz'de bulunan her bir yuvalama sahili farklı yönetim birimleri olarak göz önünde bulundurulmalıdır. Buna ek olarak, ODTÜ Erdemli Kampüsü sahili gibi küçük sahillerin bile, metapopulasyonlara çeşitli şekillerde önemli katkılarının olabileceği gözlenmiştir. Ayrıca gece görüşlü kamera uygulaması ile, yavru çıkış davranışı hakkında oldukça kapsamlı ve güvenilir bilgi elde edilmiştir. Gece görüşlü kamera uygulaması, özellikle ODTÜ Erdemli Kampüsü gibi sınırlandırılmış alanlarda deniz kaplumbağası izleme çalışmalarında daha verimli bir koruma politikası geliştirmek adına gelecek vaat eden bütünleyici bir araçtır.

As ancient species, living sea turtles history laid back to 110 milion years. There are seven sea turtle species occupying different niches among the Earth's oceans. There are two species of sea turtles breeding in the Mediterranean Sea; loggerhead turtle; Caretta caretta, green turtle; Chelonia mydas. The Mediterranean subpopulations of green and loggerhead turtle are in IUCN Red list and categorized as critically endangered and least concern respectively. The first step to protect these species is learning more of their biology and ecology. Although there are many studies conducted on ecology and conservation of sea turtles, application of new technologies to sea turtle monitoring and understanding sea turtle population genetics at finer spatial scales are still needed. At the base of this concern the aim this thesis was; understanding the sea turtle populations' genetic structure and testing a new monitoring method on sea turtle hatchlings emergence behavior at the eastern Mediterranean, that are explained under two chapters respectively. In the first chapter, to understand the genetic structure of sea turtle populations in the Eastern Mediterranean, a nuclear DNA intron marker (R35: RNA Fingerprint Protein) and a mitochondrial DNA marker (COI) were used for sea turtle populations. Samples were collected from Antalya-Belek, Mersin-Erdemli, Hatay-Samandağ and Northern Cyprus from loggerhead, green turtle and softsheled Nile turtle as an out group. A non-invasive sampling method was used that based on sampling muscle and dermal tissues from dead hatchlings. The results were compared with the database samples to understand relationships between them. In the present study, 115 haplotypes were revealed from 240 sequences with 50 and 54 private haplotypes for loggerhead and green turtle respectively. The highest amount of polymorphism and haplotype observed among Mersin (METU Erdemli Campus) loggerhead turtle population. According to gene flow (Nm) and genetic differentiation (Fst) estimations eastern Mediterranean green turtle populations grouped as Antalya and Hatay/Mersin/North Cyprus nesting colonies while loggerhead turtle grouped as Mersin/Antalya and North Cyprus. Furthermore, in total 30 hybrid individuals detected from Antalya and Mersin samples, as the result of interbreeding between female loggerhead and male green turtle. Additionally, multiple paternity observed on 9 loggerhead turtle nests among hybridization events with at least two males; one is loggerhead, one is green turtle. In the second chapter, to understand the emergence patterns and behavior of hatchlings, IR cameras were installed on one green and four loggerhead turtle nests located in METU Erdemli Campus during 2014 and 2015 nesting season. Hatchling emergences were recorded continuously and analyzed temporal pattern, incubation duration and group emergence pattern accordingly. According to results; hatchlings emerged from the nests asynchronously in varying numbers of groups and different group sizes. 98.6% of hatchlings emerged during night with a peak activity between 21:00 and 00:00. Total emergence activity continued at least 60-65 days after the egg deposition and 1-22 days and after the first emergence.The present study provides a better understanding of genetic structure of eastern Mediterranean sea turtle populations. According to the study each nesting beach should be considered as different management units in the eastern Mediterranean. Furthermore, even small beaches such as METU Erdemli Campus beach, may have significant contribution into the metapopulations in varied ways. On the other hand implementation of IR camera provided accurate and extensive information about hatchling behavior. IR camera is a promising complementary tool which will facilitate a better management policy along restricted areas such as METU Erdemli Campus.