Phylogeny and biogeography of liverworts (Marchantiophyta), evidence from the Southern Hemisphere family Schistochilaceae and the cosmopolitan genus Herbertus (Herbertaceae)

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-5473-6
Title: Phylogeny and biogeography of liverworts (Marchantiophyta), evidence from the Southern Hemisphere family Schistochilaceae and the cosmopolitan genus Herbertus (Herbertaceae)
Author: Sun, Yu
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences
Doctoral Program in Plant Sciences
Finnish Museum of Natural History, Botany Unit
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2019-10-11
Belongs to series: dissertationes schola doctoralis scientiae circumiectalis, alimentariae, biologicae - URN:ISSN:2342-5431
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-5473-6
http://hdl.handle.net/10138/305512
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Fossil evidence suggests that liverworts may have existed already in the Ordovician. The long-standing hypothesis, that widely disjunct geographic ranges of various extant liverwort groups have been largely resulted from vicariance events from fragmentation of widespread ancestors through tectonic plate movements, has been challenged by the recent studies based on molecular data. In this thesis, two groups of the leafy liverworts in the order Jungermanniales were investigated in order to better understand the phylogenetic relationship and biogeography of liverworts. They are the family Schistochilaceae ranging mostly in the Southern Hemisphere, and the cosmopolitan genus Herbertus of family Herbertaceae. Both families possess a diverse morphology and wide disjunct distribution. The phylogeny and biogeographic history of Schistochilaceae and Herbertus were studied by using DNA sequence data of chloroplast and nuclear gene regions. Morphological characters used for species delimitation were also studied and re-evaluated. Schistochilaceae is resolved as monophyletic being one of the early derived leafy liverwort groups. The phylogenetic position of the Chilean endemic Pleurocladopsis simulans is resolved within the genus Schistochila and the new combination Schistochila simulans (C. Massal.) Xiao L. He & Yu Sun is made. Schistochilaceae is inferred to have originated in the Late Cretaceous at c.100 Mya, in an ancestral area including southern South America, West Antarctica and New Zealand. New Zealand was recognized as the early divergence and dispersal center, most dispersals were transoceanic. Herbertus is resolved as a monophyletic group with one clade consisting of the southern hemispheric taxa Herbertus runcinatus, H. oldfieldianus, and H. juniperoideus, and the other including species of H. sendtneri complex and of H. aduncus complex, mostly belonging to the Northern Hemisphere. H. armitanus and H. circinatus were synonymized with H. sendtneri. H. borealis, H. buchii, H. delavayi, H. dicranus, H. kurzii, H. longifissus, H. norenus and H. stramineus were synonymized with H. aduncus. Herbertus is inferred to have originated in the Cenozoic era about 51 Mya, in an ancestral area including southern South America, the Neotropics, Oceania, and Southeast Asia, supporting its Gondwanan origin. In the Southern Hemisphere the distribution pattern of Herbertus is characterized by in situ persistence and did not show further dispersal until the uplift of the Andean Cordillera. Herbertus in the Northern Hemisphere showed more recent diversifications, wide range expansions both north- and southward and repeated recolonizations, and the range shifts had occurred more frequently since the late Miocene. Long-distance dispersal has played an important role in the formation of the global distribution pattern of the genus. Our obtained phylogenies of liverworts all resolved the New Zealand endemic Herzogianthus vaginatus as the first diverged lineage in the Jungermanniales, not supporting its current placement in the Ptilidiales. Our study supports the southern temperate origins for both Schistochilaceae and Herbertus, and most of the diversification occurred in the Cenozoic, a pattern that has been shown to occur also in other leafy liverwort groups. Our results suggest that species with separate sexes do not constrain long-distance dispersal. The causes for the formation of current geographical ranges of liverworts seem to be manifold, likely linked with ecophysiology, lineage age, dispersibility and diversification rate.Fossiiliaineiston perusteella maksasammalia oli jo ordoviikkikaudella. Viimeaikaiset molekyyliaineistoon pohjautuvat tutkimukset ovat asettaneet kyseenalaiseksi pitkään vallinneen hypoteesin, jonka mukaan useiden nykyisten maksasammalryhmien disjunktiiviset levinneisyydet johtuvat vikarianssista eli mannerliikunnoista. Väitöskirjassani tutkin kahden lehdellisiin maksasammaliin (Jungermanniales) kuuluvan ryhmän fylogeniaa ja levinneisyyttä. Ryhmät ovat lähinnä eteläisellä pallonpuoliskolla esiintyvä heimo Schistochilaceae sekä kosmopoliittinen suku Herbertus (Herbertaceae). Molemmissa ryhmissä on suurta morfologista muuntelua ja disjunktioita levinneisyydessä. Käytin viherhiukkasten ja tuman genomin DNA:n nukleotidisekvenssejä ryhmien fylogenian ja leviämishistorian selvittämiseksi. Tarkastelin myös lajien erottamisessa käytettyjen morfologisten tuntomerkkien luotettavuutta. Schistochilaceae on monofyleettinen heimo ja yksi varhaisimmista lehdellisten maksasammalten kehityslinjoista. Chilelle endeeminen Pleurocladopsis simulans kuuluu sukuun Schistochila ja tein uuden kombinaation Schistochila simulans (C. Massal.) Xiao L. He & Yu Sun. Schistochilaceae-heimo näyttää syntyneen liitukaudella n. 100 miljoonaa vuotta sitten alueella, johon kuuluivat eteläinen E-Amerikka, Länsi-Antarktis ja Uusi-Seelanti. Uusi-Seelanti oli varhainen lajiutumis- ja leviämiskeskus, ja leviäminen oli usein transoseaanista. Herbertus on monofyleettinen ryhmä, jossa yksi kladi sisältää eteläisen pallonpuoliskon lajit H. runcinatus, H. oldfieldianus ja H. juniperoideus. Toiseen ryhmään kuuluvat lähinnä pohjoisella pallonpuoliskolla esiintyvät H. sendtneri- ja H. aduncus-lajikompleksit. Herbertus armitanus ja H. circinatus ovat H. sendtnerin synonyymejä ja H. borealis, H. buchii, H. delavayi, H. dicranus, H. kurzii, H. longifissus, H. norenus ja H. stramineus ovat H. aduncuksen synonyymejä. Herbertus näyttää syntyneen kenotsooisella kaudella noin 51 miljoonaa vuotta sitten alueella, johon kuuluivat eteläinen E-Amerikka, neotropiikki, Oseania ja Kaakkois-Aasia (siis Gondwana-alkuperä). Eteläisellä pallonpuoliskolla Herbertus-lajit pääsääntöisesti säilyivät alkuperäisillä alueillaan ja levisivät laajemmalle vasta Andien orogenian yhteydessä. Pohjoisella pallonpuoliskolla on tapahtunut enemmän diversifikaatiota ja toistuvaa leviämistä sekä etelään että pohjoiseen, erityisesti ylämioseenin jälkeen. Kaukolevintä on ollut tärkeässä osassa suvun nykylevinneisyyden takana. Fylogeneettisten analyysien mukaan Uudelle-Seelannille endeeminen Herzogianthus vaginatus on Jungermanniales-lahkon ensimmäinen kehityslinja, mikä ei tue sen sijoittamista Ptilidiales-lahkoon. Tutkimukseni mukaan sekä Schistochilaceae-heimo että Herbertus-suku ovat syntyneet eteläisen pallonpuoliskon temperaattisilla alueilla, ja uusia kehityslinjoja on syntynyt lähinnä kenotsooisella kaudella. Muista maksasammalryhmistä on saatu samansuuntaisia tuloksia. Tulostemme mukaan kaksikotisuus ei rajoita lajien kaukolevintää. Syyt eri maksasammalryhmien nykyisen levinneisyyden takana näyttävät vaihtelevan ja liittyvän ekofysiologiaan, kehityslinjan ikään, leviämiskykyyn ja diversifikaation nopeuteen.
Subject: Plant Science
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
Phylogen.pdf 5.194Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record