Abstract The availability of diverse ecological niches can promote adaptation of trophic specializations and related traits, as has been repeatedly observed in evolutionary radiations of freshwater fish. The role of genetics, environment and history in ecologically driven divergence and adaptation, can be studied on adaptive radiations or populations showing ecological polymorphism. Salmonids, especially the Salvelinus genus, are renowned for both phenotypic diversity and polymorphism. Arctic charr ( Salvelinus alpinus ) invaded Icelandic streams during the glacial retreat (about 10,000 years ago) and exhibits many instances of sympatric polymorphism. Particularly well studied are the four morphs in Lake Þingvallavatn in Iceland. The small benthic (SB), large benthic (LB), planktivorous (PL) and piscivorous (PI) charr differ in many regards, including size, form and life history traits. To investigate relatedness and genomic differentiation between morphs we identified variable sites from RNA-sequencing data from three of those morphs, and verified 22 variants in population samples. The data reveal genetic differences between the morphs, with the two benthic morphs being more similar and the PL-charr more genetically different. The markers with high differentiation map to all linkage groups, suggesting ancient and pervasive genetic separation of these three morphs. Furthermore, GO analyses suggest differences in collagen metabolism, odontogenesis and sensory systems between PL-charr and the benthic morphs. Genotyping in population samples from all four morphs confirms the genetic separation and indicates that the PI-charr are less genetically distinct than the other three morphs. The genetic separation of the other three morphs indicates certain degree of reproductive isolation. The extent of gene flow between the morphs and the nature of reproductive barriers between them remain to be elucidated.

Abstract Low-cost unmanned aerial vehicles (UAV), widely known as drones, have become ubiquitous and improved considerably in their technical capabilities and data quality. This opens new opportunities for their utilisation in scientific research that can help to reduce equipment and data collection costs. Remote sensing methods in ecological fieldwork can be a suitable approach to complementing, augmenting or even replacing certain aspects of fieldwork. In this study we tested the suitability of UAV for the detection of salmonid spawning grounds in two lakes in Iceland, Thingvallavatn and Ellidavatn. Salmonids are very susceptible to environmental changes, especially during embryonic development when highly oxygenated water flow and low temperatures are required. Monitoring the changes of the redd density over time will help understand the population dynamics of salmonid species and create strategies for species conservation. As part of this pilot study, we conducted aerial surveys during the spawning seasons in both locations in 2018 recording standard photographs in the visible spectrum (red, green, blue) to fully cover the respective areas of interest. Different flight altitudes were recorded to test the effects of image resolution on the final analyses. The images were then processed by applying standard remote sensing analyses in the software ENVI. The maximum likelihood classification combined with post-classification improvement methods resulted in satisfactory accuracies that are valuable for further monitoring efforts. From these findings we established a workflow that allows the implementation of UAV in ecological fieldwork for regular long-term observations. We discuss our experiences with regards to their utility, their limitations and identify future directions of research for implementing the potential that low-cost approaches have in supporting ecological studies of freshwater ecosystems.

Abstract Studying the development of fitness related traits in hybrids from populations diverging in sympatry is a fundamental approach to understand the processes of speciation. However, such traits are often affected by covariance structures that complicate the comprehension of these processes, especially because the interactive relationships between traits of different nature (e.g. morphology, behaviour, life-history) remain largely unknown in this context. In a common garden setup, we conducted an extensive examination of phenotypic traits suspected to be involved in the divergence of two recently evolved morphs of Arctic charr ( Salvelinus alpinus ), and investigated the consequences of potential patterns of trait covariance on the phenotype of their hybrids. We observed differences among morphs in overall phenotypic variance and in trait correlations. Phenotypic contrainsts also tended to be reduced in the hybrids, which corroborates the narrative of hybridization facilitating adaptive divergence by relaxing trait covariance. However, the hybrids were associated with reduced phenotypic variance at different scales (i.e. at the scale of the entire P matrix and in different parts of the multivariate space), and we identified stronger correlations between several ontogenetic and morphological traits in the hybrids than in both morphs. These findings suggest a limited potential for hybridization to generate phenotypic novelty, and emphasise the need for multivariate approaches conciliating ontogenetic, morphological and behavioural processes to study the processes of adaptive divergence and speciation.

Species showing repeated evolution of similar traits can help illuminate the molecular and developmental basis of diverging traits and specific adaptations. Following the last glacial period, dwarfism and specialized bottom feeding morphology evolved rapidly in several landlocked Arctic charr (Salvelinus alpinus) populations in Iceland. To initiate study of the genetic divergence between small benthic morphs and larger morphs with limnetic morphotype, we conducted an RNA-seq transcriptome analysis of developing charr. We sequenced mRNA from whole embryos at four stages in early development of two stocks with contrasting morphologies, the small benthic (SB) charr from Lake Thingvallavatn and Holar aquaculture (AC) charr. The data reveal significant differences in expression of several biological pathways during charr development. There was also an expression difference between SB- and AC-charr in genes involved in energy metabolism and blood coagulation genes. We confirmed expression difference of five genes in whole embryos with qPCR, including lysozyme and natterin like which was previously identified as a fish-toxin of a lectin family that may be a putative immunopeptide. We also verified differential expression of 7 genes in developing heads, that associated consistently with benthic v.s. limnetic craniofacial morphology (studied in 4 morphs total). Comparison of Single nucleotide polymorphism (SNP) frequencies reveals extensive genetic differentiation between the SB- and AC-charr (60 fixed SNPs and around 1300 differing by more than 50% in frequency). In SB-charr the high frequency derived SNPs are in genes related to translation and oxidative processes. Curiously, three derived alleles in the otherwise conserved 12s and 16s mitochondrial ribosomal RNA genes are found in benthic charr. The data implicate multiple genes and molecular pathways in divergence of small benthic charr and/or the response of aquaculture charr to domestication. Functional, genetic and population genetic studies on more freshwater and anadromous populations are needed to confirm the specific loci and mutations relating to specific ecological or domestication traits in Arctic charr.

Divergent selection is a powerful driver of speciation and has been widely studied in relation to the physical characters of organisms. Because evolution of behavioural traits may contribute to evolutionary processes, we explored how consistent variation in behaviours may affect the process of adaptive divergence and speciation. We studied whether two sympatric morphs of Arctic charr ( Salvelinus alpinus ) have recently evolved genetically-based differences in personality that conform to their respective ecological niches, and whether these differences contribute to reproductive isolation by generating maladaptive hybrid behaviours. Studying three aspects of behavioural variation (average trait value, consistent individual differences and trait covariance), we assessed the sociality and risk-taking propensity of hybrid and pure-morph offspring reared in common conditions. Contrary to expectations, the two morphs did not differ in the average values of these traits but showed different behavioural syndromes (trait covariances). While the hybrids did not differ from either morph in their average behavioural responses, they showed less individual consistency in these behaviours and a different set of behavioural syndromes. Differences between morphs and their hybrids in other behavioural aspects than their average behavioural responses suggest that our understanding of speciation processes can benefit from an integrative view of behavioural variation.

ABSTRACT Arctic charr ( Salvelinus alpinus ) in lake Thingvallavatn (Iceland) is one of the most iconic examples of post-glacial adaptive divergence, resulting in four ecomorphs that diverge along the ecological benthic-limnetic axis (bottom lake versus open water feeders), and are distinct both phenotypically and genotypically. Here, we used geometric morphometrics tools on a common garden setup to determine the factors responsible for genetically based shape variation during the post-embryonic ontogeny of two morphs that represent the benthic-limnetic axis: the small benthic (SB) and the planktivorous (PL). This experiment uses pure crosses and F1 reciprocal hybrids between the two morphs, and includes the onset of sexual maturation, offering an excellent opportunity to explore the genetic component of adaptive divergence and the role of sexual dimorphism in this scenario. We found that growth is the main driver of shape variation across time and provided evidence of a genetically-controlled ontogenetic shift that gives rise to the limnetic morph. Additionally, our results indicate that the onset of sexual maturation triggers differences both in sex ontogenetic trajectories and in static shape variation at different time points, likely dissipating the canalisation for traits traditionally associated with benthic-limnetic adaptations.