Marine foundation species shifting ranges and genetic baselines

This thesis revealed the most importance factors shaping the distribution, abundance and genetic diversity of four marine foundation species. Environmental conditions, particularly sea temperatures, nutrient availability and ocean waves, played a primary role in shaping the spatial distribution and abundance of populations, acting on scales varying from tens of meters to hundreds of kilometres. Furthermore, the use of Species Distribution Models (SDMs) with biological records of occurrence and high-resolution oceanographic data, allowed predicting species distributions across time. This approach highlighted the role of climate change, particularly when extreme temperatures prevailed during glacial and interglacial periods. These results, when combined with mtDNA and microsatellite genetic variation of populations allowed inferring for the influence of past range dynamics in the genetic diversity and structure of populations. For instance, the Last Glacial Maximum produced important shifts in species ranges, leaving obvious signatures of higher genetic diversities in regions where populations persisted (i.e., refugia). However, it was found that a species’ genetic pool is shaped by regions of persistence, adjacent to others experiencing expansions and contractions. Contradicting expectations, refugia seem to play a minor role on the re(colonization) process of previously eroded populations. In addition, the available habitat area for expanding populations and the inherent mechanisms of species dispersal in occupying available habitats were also found to be fundamental in shaping the distributions of genetic diversity. However, results suggest that the high levels of genetic diversity in some populations do not rule out that they may have experienced strong genetic erosion in the past, a process here named shifting genetic baselines. Furthermore, this thesis predicted an ongoing retraction at the rear edges and extinctions of unique genetic lineages, which will impoverish the global gene pool, strongly shifting the genetic baselines in the future.

O presente estudo revela os principais fatores que controlam a distribuição, a abundância e a diversidade genética de quatro espécies engenheiras do ecossistema. A temperatura do mar, a disponibilidade de nutrientes e o hidrodinamismo demonstraram-se primordiais na regulação da distribuição espacial das populações, atuando em escalas que variam entre as dezenas de metros e as centenas de quilómetros. O uso de Modelos de Distribuição de Espécies (MDE) permitiu prever a distribuição dessas espécies ao longo do tempo e compreender a importância dos períodos glaciares e interglaciares. Esta abordagem, quando associada à análise da variação genética (mtDNA ou microsatélites), permitiu inferir sobre a influência dos padrões de distribuição do passado na diversidade genética contemporânea. Por exemplo, o Último Máximo Glaciar traduziu-se em importantes alterações na distribuição das espécies, deixando assinaturas óbvias de elevada diversidade genética em regiões onde as populações persistiram (i.e., refúgios). Contudo, foi demonstrado que o pool genético de uma espécie é moldado por regiões de persistência, adjacentes a outras que experienciaram expansões e contrações das populações. Ao contrário do que se pensava anteriormente, os refúgios possuem um papel menor na (re)colonização de regiões nas quais as populações foram extintas. Para além disso, a área de habitat disponível para as populações que se expandem, bem como os mecanismos de dispersão para ocupar esses habitats revelaram-se fundamentais na regulação da diversidade genética. Porém, os resultados sugerem que o facto de as populações possuírem elevada diversidade genética não inviabiliza a possibilidade de essas terem sofrido processos de erosão genética no passado, um processo aqui denominado shifting genetic baselines. O presente trabalho prevê, também, uma regressão das populações dos limites de distribuição e a extinção de linhagens genéticas únicas, o que deverá empobrecer o pool genético global das espécies e alterar a informação de base sobre a diversidade genética para o futuro.

Universidade do Algarve, Faculdade de Ciências e Tecnologia