Φυλογεωγραφία και πληθυσμιακή γενετική του είδους Mauremys rivulata (Chelonia: Geoemydidae)

 
This item is provided by the institution :
University of Crete
Repository :
E-Locus Institutional Repository
see the original item page
in the repository's web site and access all digital files if the item*
share



2006 (EN)
Phylogeography and population genetics of Mauremys rivulata (Chelonia: Geoemydidae)
Φυλογεωγραφία και πληθυσμιακή γενετική του είδους Mauremys rivulata (Chelonia: Geoemydidae)

Mantziou, Georgia
Μάντζιου, Γεωργία

Η γενετική δομή των σύγχρονων ειδών και πληθυσμών διαμορφώνεται τόσο από ιστορικούς βιογεωγραφικούς παράγοντες όσο και από τη σύγχρονη οικολογία και ηθολογία των υπό μελέτη οργανισμών. Στην παρούσα διατριβή χρησιμοποιήθηκε μια ολιστική προσέγγιση ώστε να μελετηθεί η φυλογεωγραφία και η πληθυσμιακή γενετική του είδους Mauremys rivulata και οι σχέσεις του με τα άλλα δυο μεσογειακά είδη του γένους. Όλες οι φυλογενετικές αναλύσεις με βάση το mtDNA συγκλίνουν σε μία κοινή τοπολογία του γονιδιακού δέντρου για τα τρία μεσογειακά είδη του γένους Mauremys. Βάσει των ειδών που χρησιμοποιήθηκαν ως παραομάδες και τα τρία είδη αποτελούν ένα μονοφυλετικό κλάδο. Το M. rivulata αποτελεί έναν καλά διαχωρισμένο μονοφυλετικό κλάδο με υψηλή στατιστική υποστήριξη. Το ίδιο ισχύει και για τα άλλα δυο μεσογειακά είδη του γένους. Ο πρώτος κλάδος που αποχωρίστηκε από τον κοινό πρόγονο είναι αυτός που οδήγησε στο σύγχρονο M. leprosa, κατά το Μέσο Μειόκαινο (11-15 εκ. χρ. πριν από σήμερα). Στη συνέχεια στο Ανώτερο Μειόκαινο (6-8 εκ. χρ. πριν) έγινε η διάσπαση του M. caspica από το M. rivulata. Διάφορα φυσικά ή κλιματικά φράγματα αποτελούν σημαντικούς παράγοντες που καθορίζουν την κατανομή και τη γενετική δομή των χελωνών. Στην περίπτωση του M. rivulata στο Αιγαίο και στα παράλια της ανατολικής Μεσογείου, φαίνεται ότι τα φράγματα είναι κυρίως κλιματικά παρά φυσικά. Επίσης η παρουσία του ανθρώπου φαίνεται ότι επηρέασε σε κάποιες περιπτώσεις την κατανομή των χελωνών. Η ερμηνεία του φυλογεωγραφικού προτύπου σε μια περιοχή που τόσο έντονα έχει δεχτεί γεωλογικές και κλιματικές αλλαγές αλλά και ανθρωπογενείς παρεμβάσεις, είναι αινιγματική και δύσκολη. Στην περίπτωση του M. rivulata, με βάση αλληλουχίες του mtDNA, η ενδοειδική γενετική διαφοροποίηση είναι πολύ μικρή, φαινόμενο πολύ συχνό σε πολλά είδη χελωνών. Το γενικό φυλογεωγραφικό πρότυπο που προκύπτει για το είδος M. rivulata, φαίνεται να αντιστοιχεί στην κατηγορία V των προτύπων που αναφέρει ο Avise (2000). Αυτό το πρότυπο χαρακτηρίζεται από κοινούς απλοτύπους που έχουν ευρεία κατανομή και από κοντινούς σε αυτούς απλότυπους που είναι ενδημικοί σε μια περιοχή. Το πρότυπο αυτό υποδηλώνει χαμηλή έως μέτρια σύγχρονη γονιδιακή ροή μεταξύ των πληθυσμών, οι οποίοι όμως ιστορικά είναι πολύ στενά συνδεδεμένοι. Για να προσεγγιστούν περισσότερο οι ενδοειδικές σχέσεις των πληθυσμών του M. rivulata, χρησιμοποιήθηκαν οι μικροδορυφορικές αλληλουχίες, οι οποίες προσφέρουν πολύ μεγαλύτερη διακριτική ικανότητα. Οι μικροδορυφορικές αλληλουχίες που απομονώθηκαν και αναλύθηκαν στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής αποδείχτηκαν πολύ σημαντικοί μοριακοί σημαντές. Όλες οι αναλύσεις συγκλίνουν στην έντονη διαφοροποίηση των πληθυσμών της Κύπρου και της Ιορδανίας από τους υπόλοιπους πληθυσμούς. Επίσης από τις περισσότερες αναλύσεις είναι εμφανής η στενότερη σχέση των δυο προαναφερόμενων πληθυσμών μεταξύ τους. Οι πληθυσμοί της Κρήτης ομαδοποιούνται όλοι μαζί, με εξαίρεση τον πληθυσμό της Γεωργιούπολης- Κουρνά που ομαδοποιείται με την Πελοπόννησο και τα Δωδεκάνησα. Επίσης, ο πληθυσμός της Γαύδου είναι αξιοσημείωτα διακριτός παρόλο που ομαδοποιείται με τους πληθυσμούς της Κρήτης. Από τη προκαταρκτική μελέτη του πληθυσμού του βιολογικού καθαρισμού της Πόμπιας προέκυψαν σημαντικά στοιχεία τόσο για την ανθεκτικότητα των χελωνών όσο και για την κατάσταση του υγροτόπου αυτού και τη διαχειριστική του αξία. Φάνηκε ότι πρόκειται για έναν υγιή φαινομενικά πληθυσμό ο οποίος όμως χρήζει παρακολούθησης σε διάρκεια χρόνου. Η ζεύξη του βιολογικού καθαρισμού με σύστημα δεξαμενών που λειτουργούν ως βιότοποι υπερέχει σαφώς συστημάτων που απλώς παροχετεύουν το νερό (ασχέτως τελικής καθαρότητας) σε παρακείμενα υδάτινα συστήματα. Λαμβάνοντας υπόψη τα αποτελέσματά από το mtDNA και τις μικροδορυφορικές αλληλουχίες, τα διαθέσιμα παλαιοντολογικά στοιχεία, την παλαιογεωγραφία και παλαιοκλιματολογία της ανατολικής Μεσογείου και σε σχέση με στοιχεία της οικολογίας και της ηθολογίας του M. rivulata μπορούμε να διατυπώσουμε την παρακάτω πιθανή εξελικτική υπόθεση: Η σημερινή κατανομή και πληθυσμιακή γενετική του είδους έχει επηρεαστεί σε μεγάλο βαθμό από τις κλιματικές αλλαγές που επικράτησαν κατά το Πλειστόκαινο. Οι ψυχρές περίοδοι είχαν ως αποτέλεσμα τη μετατόπιση των πληθυσμών του προς τα νότια και τα ανατολικά. Η μίξη των πληθυσμών διευκολύνθηκε από τους εύκολα προσπελάσιμους θαλάσσιους διαδρόμους που εμφανίστηκαν επανειλημμένα κατά το Πλειόκαινο και Πλειστόκαινο και από τη μεγάλη ικανότητα διασποράς του. Η μίξη και ανακατάταξη των πληθυσμών συνεχίστηκε και στο Πλειστόκαινο και το Ολόκαινο λόγω των έντονων κλιματικών αλλαγών και των ανθρωπογενών επιδράσεων. Η στρωματοποίηση των νερών της Μεσογείου που έλαβε χώρα αρκετές φορές κατά το Πλειστόκαινο αλλά και κατά το Ολόκαινο, έπαιξε σημαντικό ρόλο στη διασπορά και τη μίξη των πληθυσμών του M. rivulata. Οι αναλύσεις των μικροδορυφορικών τόπων, αναδεικνύουν τα διαφορετικά κέντρα διασποράς και μίξης των χελωνών. Έτσι η Κύπρος ομαδοποιείται με την Ιορδανία, ενώ τα Δωδεκάνησα παραμένουν διαφοροποιημένα και δεν επηρεάζονται από τις μετακινήσεις των ζώων της απώτερης νοτιοανατολικής Μεσογείου. Η Πελοπόννησος, η Αττική, η Κερκίνη και η Λέσβος φαίνεται ότι παρουσιάζουν μέτρια έως μεγάλη διαφοροποίηση, αλλά η Μπεϊεσιανή ανάλυση δεν κατάφερε να διακρίνει διαφορετικές ομάδες πληθυσμών. Είναι πιθανό λοιπόν να είχαμε μίξη πληθυσμών σε όλη την περιοχή αυτή λόγω της στρωματοποίησης των νερών, η οποία προς τα βόρεια ενισχύεται και από την εισροή νερών από τη Μαύρη Θάλασσα. Υπάρχει ένα πληροφοριακό κενό λόγω έλλειψης στοιχείων από τα παράλια της Τουρκίας. Η ανάλυση δειγμάτων από την Τουρκία ίσως μας δώσει νέα στοιχεία. Η περίπτωση του πληθυσμού Γεωργιούπολης-Κουρνά που ομαδοποιείται με την Πελοπόννησο και τα Δωδεκάνησα, δεν μπορεί να εξηγηθεί με το σενάριο της στρωματοποίησης και μόνο. Αν ήταν αυτή η περίπτωση τότε θα αναμέναμε και άλλοι πληθυσμοί της Κρήτης να ομαδοποιούνταν με τις προαναφερόμενες περιοχές. Η παρατηρούμενη διαφοροποίηση του πληθυσμού Γεωργιούπολης-Κουρνά ίσως οφείλεται σε ιστορικούς παράγοντες που έχουν να κάνουν με τις δραστηριότητες του ανθρώπου στη λίμνη Κουρνά, που είναι η μόνη φυσική λίμνη στην Κρήτη. Η σε μεγαλύτερο βάθος διερεύνηση του συγκεκριμένου πληθυσμού ίσως δώσει περισσότερα στοιχεία για το μη αναμενόμενο αυτό αποτέλεσμα. Σε επίπεδο Κρήτης είναι πιθανό μετακινήσεις ζώων να διευκολύνθηκαν από τα κανάλια απορροής λυμάτων κάθε χωριού κατά την αρχαιότητα. Ιδιαίτερα κατά τους καλοκαιρινούς μήνες που τα επιφανειακά νερά στην Κρήτη είναι πολύ πιο περιορισμένα δεν είναι απίθανο οι χελώνες να χρησιμοποιούσαν τα κανάλια απορροής ώστε να μετακινηθούν προς κάποιο πιο μεγάλο εναπομείναντα ποταμό ή υγρότοπο. Το M. rivulata περιλαμβάνεται στον κόκκινο κατάλογο της IUCN (2006) ως «ελάχιστου ενδιαφέροντος», στον οποίο και αναφέρεται ότι το είδος δεν κινδυνεύει άμεσα να εξαφανιστεί. Όμως δίνεται έμφαση στη διατήρηση και προστασία των περιφερειακών και νησιωτικών πληθυσμών του είδους. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης των μικροδορυφορικών τόπων υποστηρίζουν την οδηγία αυτή αφού πολλοί πληθυσμοί είναι γενετικά διακριτοί (Ιορδανία, Κύπρος, Δωδεκάνησα, Κρήτη, Ηπειρωτική Ελλάδα). Γενετικά διαφοροποιημένοι φάνηκε να είναι και οι περιφερειακοί πληθυσμοί, όπως αυτός της Γαύδου, οι οποίοι χρήζουν ιδιαίτερης διαχειριστικής προσοχής αφού πρόκειται συνήθως για μικρούς, απομονωμένους πληθυσμούς, που εντοπίζονται σε ευαίσθητους βιοτόπους. Καταλήγοντας, φαινόμενα διασποράς και όχι βικαριανιστικά γεγονότα είναι οι παράγοντες που επηρέασαν το φυλογεωγραφικό πρότυπο και την πληθυσμιακή δομή του είδους M. rivulata. (EL)
The genetic structure of extant species is shaped by historical biogeographic factors, as well as from contemporary ecologies and behaviors of the studied taxa. In the present study a holistic approach was used to investigate the phylogeography and population genetics of Mauremys rivulata and its relationships with the two other Mediterranean Mauremys species. The phylogenetic analyses based on the mtDNA converge to the same topology for the three Mediterranean Mauremys species, supporting its monophyly. M. rivulata haplotypes constitute a well defined monophyletic clade with high statistical support. The same is true for the other two Mediterranean species. The first to separate from the common ancestor is the clade leading to the extant M. leprosa. This separation took place in the Middle Miocene (11-15 my ago), whereas the separation between M. caspica and M. rivulata took place during the Upper Miocene (6-8 my ago). Several physical and climatic barriers constitute important factors that influence the distribution and genetic structure of turtle populations. In the case of M. rivulata populations, it seems that the barriers are mainly climatic. In addition, in some cases human influence is evident. The interpretation of a phylogeographic pattern is puzzling in the Mediterranean area that has experienced great human influence and important geological and climatic changes. Based on mtDNA sequences, the intraspecific differentiation for M. rivulata is very small, a quite common case in many turtle species. The phylogeographic pattern for the species seems to be reflected in category V of the patterns described by Avise (2000). This pattern is characterized by low or modest contemporary gene flow between populations that are connected tightly in history. It involves common haplotypes that are widespread in addition to closely related haplotypes that are confined to specific localities. The intraspecific relationships of M. rivulata are more closely examined with the use of microsatellite markers. The loci that are isolated in the frame of this thesis prove to be important molecular markers. All the analyses of the microsatellite loci revealed close affinity between the populations from Cyprus and Jordan and large differentiation from the populations studied in Greece. Cretan populations are grouped together with the exception of the Kournas-Georgioupoli population with groups together with Peloponissos and Dodekanissa. The population from the island of Gavdos is grouped together with the rest of Cretan populations but is notably distinct. The preliminary study of the population of M. rivulata inhabiting the biological treatment plant in Pompia revealed information about the resistance of the turtles, as well as the importance of such wetlands and its value for the conservation biology of the species. The population in Pompia seems to be healthy, but it needs monitoring over time to assure that loss of genetic diversity will not take place. Taking under consideration the results from the mtDNA and the microsatellite loci, all the available paleontological data, the paleogeography and paleoclimatology of the east Mediterranean and in combination with the ecology and ethology of M. rivulata, we can suggest the following evolutionary hypothesis: The present distribution and population genetics of M. rivulata has been influenced greatly from the climatic changes that prevailed during the Pleistocene. The cold periods resulted in a latitudinal shift of the populations towards the south and east. The mixing was facilitated by the easily accessible marine straits, which appeared in the Aegean area repeatedly during Pliocene and Pleistocene, and the great dispersal capacity of M. rivulata through coastal corridors. The rearrangements of the populations continued during the Pleistocene and Holocene due to the severe climatic changes and human impact. The stratification of the Mediterranean water which took place several times during Pleistocene and Holocene played an important role in the dispersal and mixing of M. rivulata populations. The microsatellite loci analyses indicate the different distribution cores of the turtles. Thus, Cyprus is grouped together with Jordan, whereas Dodekanissa remain differentiated and do not seem influenced by the shifting of turtles in the further south –east Mediterranean. Peloponissos, Attiki, Kerkini and Lesvos, exhibit modest to great differentiation, but the Bayesian approach was not able to define different population clusters. Thus it is possible that a mixing of the populations in this area took place because of the existence of a fresh water (or low salinity) layer on the surface of the Aegean Sea. This layer, during the interglacial periods, was probably reinforced by the meltwater drained through the rivers into the Black Sea and into the Aegean Sea. There is a gap in our information due to a lack of data from Turkey. Including samples from Turkey may provide additional information. The case of the Kournas-Georgioupoli population that is clustered together with Peloponissos and Dodekanissa cannot be explained via the stratification hypothesis alone. If this was the case we would expect other Cretan populations to be clustered together with the previously mentioned populations. The observed pattern could be due to historical factors that are related to the long presence of humans around Kournas Lake, the only natural lake in Crete situated on the north-western part of the island. An in depth examination of the particular population may give some insight on this unexpected result. On the scale of Crete, it is possible that the translocations of turtles were facilitated by the sewage canals of each village during antiquity. Especially during the summer months when the surface waters of Crete are very restricted, it is possible that the turtles made use of the canals in order to move towards existing rivers or wetlands. M. rivulata is listed in the red list of IUCN as a “Least Concern” species. It is mentioned that the species is not facing any danger for immediate extinction. But special emphasis is given in the conservation and protection of island populations. Our microsatellite loci results support this directive as they revealed many genetically distinct population clusters (Jordan, Cyprus, Dodekanissa, Crete, Mainland Greece). Peripheral island populations as the population of Gavdos are genetically distinct and require special conservation measures, since they are usually small, isolated and restricted in fragile wetlands. In conclusion, dispersal processes and not vicariant events are responsible for shaping the phylogeography and population structure of M. rivulata. (EN)

text

Πανεπιστήμιο Κρήτης (EL)
University of Crete (EN)

2006-12-11




*Institutions are responsible for keeping their URLs functional (digital file, item page in repository site)