Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Phylogeny, distribution and speciation in the endemic diving beetle genus Pachynectes on Madagascar
Stockholm University, Faculty of Science, Department of Zoology. Swedish Museum of Natural History, Sweden.
Stockholm University, Faculty of Science, Department of Zoology. Swedish Museum of Natural History, Sweden.
University of Copenhagen, Denmark.
Lund University, Sweden.
(English)Manuscript (preprint) (Other academic)
Abstract [en]

Madagascar is well known for high levels of endemism in both the flora and fauna. More specifically most of Madagascars' endemic species have extremely restricted regional distributions, which is a characteristic of this large island’s biodiversity. Biologists are still struggling to understand the speciation processes that have produced this pattern of diversity. Several general hypotheses have been developed trying to explain the origin and microendemism of Malagasy species. Two main hypotheses focus on watersheds and climate gradients. Here, we use a phylogeny in combination with data on spatial distribution of the endemic diving beetle genus Pachynectes (Coleoptera: Dytiscidae: Bidessini) to critically evaluate the watershed versus the climatic gradient hypotheses of this river dwelling insect radiation. Based on field sampling from expeditions between 2006 and 2014, we first show that the species diversity in this genus is at least three times higher than previously believed. We reconstructed a molecular phylogeny based on five gene fragments and recovered three main clades: a western clade, an eastern clade and a "keeled" clade diagnosable based on an elytral keel. The western and keeled clades both occur mainly in the drier western parts of the country, while species in the eastern clade are typical of rivers in the eastern humid rainforest. Notably, sister species were always allopatrically distributed along either latitudinal or longitudinal-altitudinal gradients. Based on species distribution modelling (SDM) and our phylogenetic data, we conclude that the microendemic patterns of Pachynectes species are unlikely to be explained by the watershed hypothesis. In contrast, the four main bioclimatic regions are more likely to have been causally involved in the past speciation processes and might explain the current distribution pattern in this insect genus.  

National Category
Biological Sciences
Research subject
Systematic Zoology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:su:diva-119732OAI: oai:DiVA.org:su-119732DiVA: diva2:848072
Available from: 2015-08-24 Created: 2015-08-24 Last updated: 2016-01-29Bibliographically approved
In thesis
1. Evolution of the Biodiversity Hotspot of Madagascar from the Eye of Diving Beetles: Phylogeny, colonization and speciation
Open this publication in new window or tab >>Evolution of the Biodiversity Hotspot of Madagascar from the Eye of Diving Beetles: Phylogeny, colonization and speciation
2015 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

Dytiscidae, contains numerous endemic and non-endemic species on Madagascar. Their evolutionary history is largely unknown on the island. Herein, I use analyses to infer phylogenetic relationship among groups of diving beetles, with a focus on the subfamily Dytiscinae and endemic species in two other groups of Dytiscidae. Paper I represents the first phylogenetic reconstruction focusing on the tribe Aciliini based on molecular data. Several commonly used molecular markers, as well as a new marker for Hydradephagan beetles, were evaluated in this study. Our analyses suggest that six genera within Aciliini are monophyletic. The most basal clades with Neotropical and Afrotropical taxa suggest a possible Gondwanan origin. Evaluation of gene fragments indicated CAD to be the most informative marker. Paper II focuses on colonization and radiation events of large bodied endemic diving beetles of the tribes Cybistrini and Hydaticini on Madagascar. Colonization events were inferred from dated phylogenetic trees and ancestral biogeographical reconstructions. Our results suggest both multiple colonizations, and out-of-Madagascar dispersal events, mostly during the Miocene and Oligocene. In paper III, we revised the Rhantus species of Madagascar. We used both molecular and morphological data to evaluate species hypothesis and emphasized the value of Manjakatompo – one of the last remaining fragments of central highland forests. In Paper IV we reconstruct the phylogeny and use Species Distribution Modelling for the endemic genus Pachynectes in Madagascar. Our sampling has discovered that the species diversity of Pachynectes is at least three times higher than previously believed. It seems that allopatric speciation was the main driver, which led to the diversity of Pachynectes. Our results suggest that climatic gradients and the five main biomes were a better predictor than watershed systems in explaining the distribution pattern and speciation between sister species. 

Abstract [sv]

Dykarskalbaggar i familjen Dytiscidae finns över hela världen och kan hittas i såväl temporära som permanenta vattensamlingar, i rinnande såväl som i stillastående akvatiska habitat. Bland dykarskalbaggarna finns ett hundratal både endemiska och icke-endemiska arter på Madagaskar. Deras evolutionära historia på denna mytomspunna ö är dock i stort sett okänd. I den här avhandlingen använder jag molekylära data och analyser för att härleda evolutionära släktskap, s.k. fylogenier eller släktträd, för olika grupper av dykarskalbaggar med fokus på underfamiljen Dytiscinae samt endemiska arter från två andra grupper på Madagaskar. Artikel 1 är den första molekylär-fylogenetiska studien som gjort på tribuset Aciliini. Flera molekylära markörer (delar av gener) användes samt utvärderades, inklusive den nya markören CAD för Hydradephaga skalbaggar. Analysen bekräftar att tribuset Aciliini är en monofyletisk grupp (naturlig grupp som härstammar från en gemensam förfader) samt att Eretini är närmaste släktingen. Alla sex släkten med flera arter i tribuset stöddes också som monofyletiska, det sjunde släktet har bara en art. De mest basala grupperna i trädet utgjordes av Neotropiska och Afrotropiska arter vilket antyder ett ursprung på Gondwana kontinenten. Denna slutsats var dock beroende av för vilken nod i trädet (av två möjliga) som ett fossil användes som kalibreringspunkt. Utvärderingen av de olika genfragmenten ledde till slutsatsen att CAD var den mest informativa genen tätt följd av en annan nukleär proteinkodande gen, WNT. Artikel 2 fokuserar på kolonisations- och artbildningshändelser för två grupper av relativt stora dykarskalbaggar. Denna studie bygger på två tidigare publicerade dataset där vi lade till Madagaskars arter. Kolonisationshändelser härleddes genom daterade molekylära släktträd samt rekonstruktion av förfäders biogeografiska utbredningsområden. Resultaten visade både på ett flertal separata koloniseringshändelser men också "ut-ur-Madagaskar" spridning, framförallt under tidsperioden Miocen-Oligocen. Studien visade också att inga koloniseringshändelser lett till några signifikanta artradiationer på Madagaskar i dessa två grupper. I Artikel 3 reviderar vi arterna av släktet Rhantus som finns på Madagaskar, vilka alla är begränsade i sin utbredning till den centrala högplatån på Madagaskar. Vi använder både morfologi och molekylära data för att testa arthypoteser samt bestyrker det bevarandebiologiska värdet av Manjakatompo-skogen, ett av de allra sista fragmenten av skog på den centrala högplatån. I Artikel 4 härleder vi släktskapet för det endemiska rinnande-vatten släktet Pachynectes samt analyserar de ingående arternas utbredning genom modellering. Våra insamlingar runt om Madagaskar har visat att artdiversiteten i släktet är minst tre gånger så hög som man tidigare trott. Genom att integrera släktskapsanalys med utbredningsmodellering söker vi få en inblick i vad som drivit artbildningen i en endemisk artradiation. Allopatrisk artbildning verkar varit den huvudsakliga typen av artbildning inom Pachynectes. Vi testade även två huvudhypoteser som söker förklara mikroendemisk artbildning generellt på Madagaskar. Våra resultat visar att klimatgradienter och de fem huvudsakliga biomen på Madagaskar verkar ha en långt bättre förklaringsgrad än stora floder och avrinningsområden för att förklara Pachynectes arternas utbredning och släktskap.

 

Place, publisher, year, edition, pages
Stockholm: Department of Zoology, Stockholm University, 2015. 41 p.
Keyword
Dytiscidae, diving beetles, Biogeography, Phylogeny, Dating, phylogenetic informativeness, colonization, speciation, microendemism, Madagascar
National Category
Zoology
Research subject
Systematic Zoology
Identifiers
urn:nbn:se:su:diva-119633 (URN)978-91-7649-223-9 (ISBN)
Public defence
2015-09-25, Lilla hörsalen, Swedish Museum of Natural History, Frescativägen 40, Stockholm, 10:00 (English)
Opponent
Supervisors
Note

At the time of the doctoral defense, the following paper was unpublished and had a status as follows: Paper 4: Manuscript.

Available from: 2015-09-03 Created: 2015-08-19 Last updated: 2015-09-03Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text

Search in DiVA

By author/editor
Bukontaite, RasaBergsten, Johannes
By organisation
Department of Zoology
Biological Sciences

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 250 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf