Taxon pulse : um modelo para a diversificação genética de peixes em bacias hidrográficas costeiras

Orientador : Prof. Dr. Walter A. Boerger

Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Zoologia. Defesa: Curitiba, 04/03/2016

Inclui referências : f. 18-20;35-40;60-66;94-101;108-109

Resumo: Bacias hidrográficas da margem atlântica da América do Sul engloba uma rica fauna de peixes. Os padrões filogenéticos e de distribuição das espécies sugerem associação com a história geológica dessa porção continental. Grandes eventos de mudanças climáticas também influenciaram a composição da ictiofauna nos tributários que deságuam no Oceano Atlântico. Sucessivas mudanças eustáticas moldaram a extensão das bacias hidrográficas litorâneas e promoveram episódios cíclicos de isolamento e contato entre populações de peixes. O que não foi diferente em um dos hotspots de biodiversidade da América Latina, a Bacia Litorânea do Paraná. Esta região possui uma fisiografia com feições geográficas de alto potencial para barreiras biogeográficas para espécies de menor vagilidade. Esse cenário é ideal para testar o modelo de diversificação de Taxon Pulse a nível genético. Esse modelo propõe que episódios oscilatórios de contração e expansão biótica sejam determinantes para a diversificação dos táxons. Portanto, o objetivo geral é testar um modelo de diversificação genética em escala microevolutiva utilizando marcadores moleculares, além de compreender como alteração do nível do mar afetam a estrutura genética e demográfica de comunidades de peixes. Ao todo, onze espécies de peixes dulcícolas e duas estuarinas, de bacias costeiras e de planaltos de altitude do estado do Paraná foram selecionadas. Análise Bayesiana de Skyline plot, mismatch distributions e testes estatísticos de neutralidade demonstraram aumento do tamanho efetivo populacional para as sete espécies de peixes, estuarinos e dulcícolas do litoral, condizente com períodos de baixo nível do mar. Por outro lado, esse mesmo padrão geral de história demográfica não foi observado para quatro espécies de planaltos de altitude. Em seguida, redes de haplótipos, testes de neutralidade e análises de história demográfica foram utilizados para três espécies de drenagens costeiras distribuídas em seis microbacias. Os resultados indicaram isolamento, contato secundário e expansão populacional, consistentes com a hipótese de isolamento e reconexão dos rios relacionados a mudanças no nível do mar. Por fim, padrões biogeográficos de seis espécies de peixes co-distribuídos foram testados utilizando reconstruções filogeográficas combinadas pelo algoritmo PACT. Foram encontrados sinais comuns intercalados de expansão e isolamento. A diversificação genética de peixes no estuário da Baía de Paranaguá e a distribuição das linhagens moldada pela influência das mudanças do nível do mar são compatíveis com os pressupostos da hipótese de Taxon Pulse. Pulsos de diversificação gerados por sucessivas fases de expansão e retração populacional são relacionados a dinâmica cíclica de quebra e formação de barreira geográfica causada pelas descida e elevação no nível oceânico.

Abstract: Coastal watersheds in the Atlantic margin of South America comprise a rich fish fauna. Phylogenetic and distribution patterns of species suggest association with the geological history in this continental portion. Major events of climate changes also influenced the composition of the fish fauna in the tributaries that flow into the Atlantic Ocean. Successive eustatic changes shaped the extension of coastal watersheds and promoted cyclical episodes of isolation and contact between fish populations. It is not different in the coastal basin of Paraná, one of the biodiversity hotspots in Latin America. This region has a physiographic with geographic features that represents potential biogeographical barriers to species with lower vagility. This scenario is ideal to test the diversification model of Taxon Pulse at the genetic level. This model propose that oscillatory episodes of contraction and biotic expansion are crucial to diversification of taxa. Thus, the general goal is to test a model of genetic diversification in a microevolutionary scale using molecular markers, as well as understand how sea-level changes affect the genetic and demographic structure of fish communities. In total, eleven species of freshwater fishes and two estuarine species, from coastal basins and uplands in Paraná State were chosen. Bayesian skyline plot, mismatch distributions and statistical neutrality tests showed increases in effective population size for seven fish species, estuarine and freshwater from the coast, consistent with periods of low sea-level. On the other hand, the same general pattern of demographic history was not observed for four species from the uplands. Subsequently, haplotype networks, neutrality tests, and analyzes of demographic history were performed for three species of coastal drainages, distributed in six watersheds. Results suggested events of isolation, secondary contact, and population expansion, consistent with the hypothesis of rivers isolation and reconnection (expansion) related to sea-level changes. Finally, biogeographical patterns of six co-distributed fish species were tested, using phylogeographic reconstructions combined by the algorithm PACT. Common signs of interpolated expansion and isolation were found. The genetic diversification of fishes in the estuary of Paranaguá Bay and the distribution of lineages shaped by the influence of sea-level changes are compatible with the predictions of the hypothesis of Taxon Pulse. Pulses of diversification generated by successive periods of population expansion and contraction are related to cyclic and dynamic generation and breakdown of geographical barrier caused by the fall and rise of ocean levels.