Phylogeography of amphi-boreal marine fauna

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-1771-7
Title: Phylogeography of amphi-boreal marine fauna
Author: Laakkonen, Hanna
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences, Department of Biosciences, Ecology and evolutionary biology
Finnish Museum of Natural History
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: The Northern Pacific and Atlantic Oceans share a faunal element consisting of pairs of closely related vicariant taxa or populations and known as the amphi-boreal fauna. The inter-oceanic systematic affinities reflect a history of shared ancestry since past dispersal through the Bering Strait and across the Arctic basin, starting from the initial opening of the Bering Strait at the end of the Miocene. This thesis examines the biogeographical history of the amphi-boreal faunal element using information from molecular marker characters. The aim is to document the dynamics and consequences of the faunal interchange between the two oceans, spanning from the end of Miocene to the present. This is done by comparing differences in the mitochondrial gene sequence variation in different taxonomic groups and across the circum-boreal geographical scale, encompassing 70 taxa. The consequences of dispersal to genetic diversity was examined more closely and with additional markers in two exemplary genera, herrings and bivalve molluscs of the genus Hiatella. The phylogeographical histories of the vicariant Pacific-Atlantic populations and taxa are found remarkably variable. A simple vicariant history, with a single early invasion in the Pliocene or Early Pleistocene, was inferred only in about 50% of the examined taxa and in 30% signatures of more than one trans-Arctic invasion were found in the molecular data. Overall the estimates of inter-oceanic divergence within each of the broader taxonomic groups studied (fishes, molluscs, crustaceans, echinoderms, polychaetes) varied greatly, up to 10 20 fold, and suggest that trans-Arctic faunal dispersal has been a dynamic and repeated process through the entire time frame considered. Nevertheless, from the molecular divergence, several instances of putative cryptic vicariant species were revealed in invertebrates. In the nearly cosmopolitan bivalve mollusc Hiatella, altogether 11 cryptic taxa were discovered in the Northern Hemisphere and a hypothesis of their repeated inter-oceanic movements was presented. In some 40% of the amphi-boreal genera a close inter-oceanic relationship was found, often seen as incomplete mtDNA lineage sorting and implying recent trans-Arctic dispersal or ongoing migration. The consequences of secondary dispersal from the Pacific to Atlantic were examined more closely in the model cases of the genera Clupea and Hiatella. The Pacific herring C. pallasii, of East Asian origin, invaded the Northeast European seas after the last glacial period and then differentiated into separate regional populations. In Europe, the species has hybridized with the native sister species C. harengus, the Atlantic herring. The amount of introgression from the Atlantic to the Pacific herring has varied between the various contact regions of the two taxa. Particularly the Norwegian local Balsfjord herring stock seems to represent a heavily introgressed hybrid swarm. Secondary contacts of differentiated lineages were found to be a common phenomenon in all of the broader taxonomic groups studied. The introgression between old lineages, but also the effects of shorter isolation-dispersal cycles, may be important but so far overlooked phenomena in shaping the genomic composition and adaptive properties of taxa that inhabit the post-glacially colonized marginal habitats of the northern seas. Due to the current global warming and changing navigation practices in the Arctic, trans-Arctic inter-oceanic faunal exchange is expected to increase. The topic requires closer studies in the near future, in order to understand what kind of ecological and genetic consequences the exchange will have on the present day faunal communities.Amfiboreaalinen merifauna koostuu Atlantin ja Tyynenmeren pohjoisosissa elävistä, toisilleen lähisukuisista merieläimistä. Kahden valtameren eläimistön samankaltaisuus johtuu lajien yhteisestä historiasta ja kantamuodoista, jotka ovat alkujaan levittäytyneet Jäämeren kautta valtamerestä toiseen. Levittäytymistä on voinut tapahtua siitä asti kun Beringinsalmi ensi kertaa avautui mioseenikauden lopulla ja sittemmin ajoittain jääkausien välisten lämpöjaksojen aikana. Väitöskirjassani tutkin tätä eliöstön mertenvälisen eliövaihdon dynamiikkaa noista ajoista nykypäivään ulottuvalla aikajänteellä, käyttämällä lajien DNA:sta saatavaa tietoa. Työ käsittää useita kymmeniä eläinryhmiä, kuten nilviäisiä, äyriäisiä, piikkinahkaisia, monisukasmatoja ja kaloja, joiden polveutumishistoriaa ja alueellisia eroja tutkittiin mitokondrion geenisekvenssiaineiston pohjalta. Tämän lisäksi tarkasteltiin useampien merkkigeenien avulla levittäytymisten merkitystä nykyiseen geneettiseen rakenteeseen kahdessa esimerkkitapauksessa, silleissä ja Hiatella-simpukoissa. Amfiboreaalisten merieläinten tausta osoittautui hyvin monimuotoiseksi. Kolmanneksessa tutkituista eläinryhmistä levittäytymistä Jäämeren kautta pääteltiin tapahtuneen useammin kuin kerran. Myös viimeisimmän jääkauden jälkeen levittäytymistä ja geenivaihtoa valtamerten välillä on tapahtunut yleisesti. Mertenväliset geneettiset erot vaihtelivat paljon myös tutkittujen taksonomisten ryhmien sisällä. Tämä osoittaa, että yhteyksiä Jäämeren kautta on ollut useiden eri lämpöjaksojen aikana. Useiden selkärangattomien kohdalla DNA-aineisto viittasi myös siihen, että eri merten populaatiot ovat kehittyneet erillisiksi lajeiksi, joita ei aiemmin ole tunnistettu. Laajalle levinneestä Hiatella-simpukasta eroteltiin näin 11 erillistä kryptistä (ulkoisten tuntomerkkien perusteella vaikeasti eroteltavaa) lajia Pohjoisella pallonpuoliskolla. Tyynestämerestä Atlanttiin tapahtunutta toistuvaa levittäytymistä tutkittiin tarkemmin silleissä. Aasialaisen tyynenmerensillin pääteltiin saapuneen Koillis-Euroopan merialueille vasta viime jääkauden jälkeen ja eriytyneen siellä sittemmin useiksi geneettisesti erilaisiksi populaatioiksi. Levittäytymisen jälkeen laji on myös risteytynyt paikallisen sisarlajin atlantinsillin kanssa. Näiden kahden lajien välistä geenivuotoa on tapahtunut niiden kohtaamisalueilla vaihtelevissa määrin. Erityisesti pohjoisnorjalainen Balsfjordin erillispopulaatio näyttää olevan lajien genomien sulautumisesta syntynyt välimuoto. Toisistaan kauan erillään olleiden sukulaislajien näin risteytyessä voi syntyä uudenlaista monimuotoisuutta, mikä voi osaltaan parantaa eläinten sopeutumiskykyä uusiin ympäristöoloihin. Ilmiö saattaa olla erityisen merkittävä pohjoisten merten matalissa osissa, jotka ovat vasta hiljattain vapautuneet jäästä viimeisen jääkauden päätyttyä. Tähän viittaa myös havainto, että useita lajeja kattavassa aineistossamme erillisiä geneettisiä linjoja tavattiin usein samoilla maantieteellisillä alueilla. Nykyisen ilmastonmuutoksen ja arktisen laivaliikenteen kasvun myötä geenivaihdon ja eliöiden levittäytymisen Jäämeren kautta Tyynenmeren ja Atlantin välillä voidaan odottaa lisääntyvän. Tämä tulisi huomioida lähitulevaisuudessa, mikäli halutaan ymmärtää millaisia ekologisia ja geneettisiä vaikutuksia eliövaihdolla tulee olemaan nykyiselle merieläimistölle.
URI: URN:ISBN:978-951-51-1771-7
http://hdl.handle.net/10138/157905
Date: 2015-11-27
Subject: ekologia ja evoluutiobiologia
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
phylogeo.pdf 3.642Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record