Impact of life history and ecology on rate of diversification and speciation, as exemplified by thoracotreme crabs along the western tropical Atlantic and on both sides of the Isthmus of Panama

URN zum Zitieren dieses Dokuments:: urn:nbn:de:bvb:355-epub-325457
DOI zum Zitieren dieses Dokuments:: 10.5283/epub.32545

Thiercelin, Nicolas

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Veröffentlichungsdatum dieses Volltextes: 04 Okt 2016 08:22

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Dokumentenart:	Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation)
Open Access Art:	Primärpublikation
Datum:	4 Oktober 2016
Begutachter (Erstgutachter):	PD Dr. Christoph Schubart
Tag der Prüfung:	5 Juni 2015
Institutionen:	Biologie und Vorklinische Medizin > Institut für Zoologie > Zoologie/Evolutionsbiologie (Prof. Dr. Jürgen Heinze)
Stichwörter / Keywords:	Isthmus of Panama, western tropical Atlantic, thoracotreme, diversification, adaptation, Sesarmidae, Grapsidae, new species
Dewey-Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 590 Tiere (Zoologie)
Status:	Veröffentlicht
Begutachtet:	Ja, diese Version wurde begutachtet
An der Universität Regensburg entstanden:	Ja
Dokumenten-ID:	32545

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Zusammenfassung (Englisch)

Zusammenfassung (Englisch)

The progressive formation of the Isthmus of Panama during the Miocene, and its final closure during the Pliocene, was the preeminent geological event that affected the western tropical Atlantic and eastern Pacific oceans. As consequence of this closure, marine populations were isolated on both sides of the isthmus and initiated independent genetic divergence, affected by different environmental conditions. So far, phylogeographic patterns of species inhabiting western tropical Atlantic or eastern tropical Pacific oceans received only limited focus. The species used as model in this study correspond to American representatives of thoracotreme crabs, selected based on two major ecological characters that possibly affected their evolutionary histories: dispersal abilities and habitat. This should allow comparing the effect of these characters. The goals of this study are: 1) to investigate the consequences of the closure of the Isthmus of Panama, and to determine which of the two models proposed to explain the formation of the isthmus is better supported by the transisthmian divergence of marine taxa; 2) to explore the phylogeographic patterns in the western tropical Atlantic, especially the relationships between Caribbean and Brazilian marine faunas, and 3) to assess the phylogenetic relationships of the American sesarmid genera Aratus, Armases, Metopaulias and Sesarma. Our results support the final closure of the Isthmus of Panama to have occurred during the Pliocene rather than during the Miocene. Mangrove sister species present a smaller transisthmian divergence than rocky shore sister species, supporting the assumption of mangroves as last habitat to allow genetic exchanges between Atlantic and Pacific oceans at the final closure of the isthmus. Populations of Aratus pisonii on both sides of the isthmus are morphologically and genetically distinct. As consequence, Aratus pacificus n. sp., is presently described as the sister-species of Aratus pisonii. Along the western tropical Atlantic, unexpectedly contrasting differences between related taxa inhabiting the same biogeographic area could be found, ranging from apparent panmixis to deeply divergent lineages. Three species exhibit clear signs of past or recent changes in their population size. It reveals the importance of the ecological characteristics of the studied species, and their consequences on sympatric taxa. It also highlights the importance of individual histories of each species. Phylogenetic relationships in the American Sesarmidae reflect a rapid radiation that started 10.5 mya, when this family established on the American continent. The genus Aratus represents a deep branch in the genus Armases rather than its sister taxa, making Armases paraphyletic. The exploration of genetic patterns in American thoracotreme crabs at different levels shed light on how both environmental changes and ecological characteristics shaped the biodiversity of this region since the Miocene.

Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)

Die fortschreitende Bildung des Isthmus von Panama während des Miozäns und seine vollständige Schließung im Pliozän waren die bedeutendsten geologischen Vorgänge in der westlichen tropischen Atlantik und dem östlichen Pazifik. In Folge der vollständigen Schließung des Isthmus wurden marine Populationen auf beiden Seiten voneinader isoliert. Dadurch gab es eine unabhängige genetische Entwicklung, beeinflusst von unterschiedlichen Umgebungsbedingungen. Bisher erhielten die phylogeographischen Muster der Arten die den westlichen Atlantik oder den östlichen Pazifik bewohnen nur geringe Aufmerksamkeit. Die Tiere, die in dieser Arbeit als Modellorganismen benutzt wurden gehören zu amerikanischen Vertretern der thoracotremen Krabben. Sie wurden auf Grund von zwei bedeutenden ökologischen Eigenschaften ausgewählt, die vermutlich Einfluss auf ihre jeweilige Evolutionsgeschichte hatten: Verbreitungspotential und Habitat. So sollte es möglich sein den Einfluss dieser zwei Eigenschaften miteinander zu vergleichen. Die Ziele dieser Arbeit sind: 1) die Auswirkungen der Schließung des Isthmus von Panama zu ergründen und zu testen welches der beiden Modelle der zeitlichen Entwicklung des Isthmus die genetischen Unterschiede zwischen den transisthmischen Schwesterarten besser wiederspiegelt; 2) die phylogeographischen Muster im westlichen tropischen Atlantik und insbesondere die Beziehung zwischen der karibischen und der brasilianischen marinen Fauna zu erforschen; 3) die phylogenetische Beziehung der amerikanischen gattungen der Sesarmidae Aratus, Armases, Metopaulias und Sesarma ab zu schätzen. Unsere Ergebnisse deuten auf eine vollständige Schließung des Isthmus im Pliozän und nicht im Miozän hin. Transisthmische Schwesterarten aus den Mangroven besitzen eine geringere genetische Differenz als Schwesterarten aus den Felsküsten. Das deutet darauf hin, dass Mangroven die letzten Lebensräume waren, die noch genetischen Austausch zwischen Atlantik und Pazifik während der endgültigen Schließung des Isthmus ermöglicht haben. Populationen von Aratus pisonii auf beiden Seiten des Isthmus sind sowohl morphologisch, als auch genetisch unterschiedlich voneinander. Als Folge daraus wird gerade Aratus pacificus n. sp. als Schwesterart von Aratus pisonii beschrieben. Entlang der tropischen Atlantikküste fanden sich unerwartet deutliche Unterschiede zwischen nahverwandten Taxa innerhalb der gleichen biogeographischen Region. Diese reichten von Panmixis bis zu deutlich voneinander abgegrenzten Stammlinien. Drei der untersuchten Arten zeigen deutliche Hinweise auf frühere Veränderungen ihrer Populationsgrößen. Dies zeigt die Bedeutung der ökologischen Eigenschaften der untersuchten Arten und ihre Konsequenzen für sympatrische Arten. Die phylogentischen Beziehungen innerhalb der amerikanischen Sesarmidae spiegeln eine schnelle Radiation wieder, die vor 10.5 mya begann, als ihre Vorfahren sich auf dem amerikanischen Kontinent etablierten. Die Gattung Aratus repräsentiert dabei einen Ast tief innerhalb der Gattung Armases, was die Gattung insgesamt paraphyletisch macht und nicht wie bisher angenommen eine Schwestergattung. Die Erforschung genetischer Muster in amerikanischen thoracotremen Krabben auf verschiedenen Niveaus wirft ein Licht darauf wie sowohl Veränderungen der Umwelt als auch der ökologischen Eigenschaften die Biodiversität dieser Region seit dem Miozän geformt haben.

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