Population genetic structure and demography analysis in palinurus elephas populations from atlantic and mediterranean waters

Report for the scientific sojourn at the University of Reading, United Kingdom, from January until May 2008. The main objectives have been firstly to infer population structure and parameters in demographic models using a total of 13 microsatellite loci for genotyping approximately 30 individuals per population in 10 Palinurus elephas populations both from Mediterranean and Atlantic waters. Secondly, developing statistical methods to identify discrepant loci, possibly under selection and implement those methods using the R software environment. It is important to consider that the calculation of the probability distribution of the demographic and mutational parameters for a full genetic data set is numerically difficult for complex demographic history (Stephens 2003). The Approximate Bayesian Computation (ABC), based on summary statistics to infer posterior distributions of variable parameters without explicit likelihood calculations, can surmount this difficulty. This would allow to gather information on different demographic prior values (i.e. effective population sizes, migration rate, microsatellite mutation rate, mutational processes) and assay the sensitivity of inferences to demographic priors by assuming different priors.

Avaluació de la població de llagostes (Palinurus elephas) de les Illes Medes. Exercici 1995

Podeu consultar l'Informe complet a: http://hdl.handle.net/2445/24663

Avaluació de la població de llagostes (Palinurus elephas) de les Illes Medes. Exercici 1997

Podeu consultar l'Informe complet a: http://hdl.handle.net/2445/23662

Avaluació de la població de llagostes Palinurus elephas de les Illes Medes. Exercici 1999

Podeu consultar l'Informe complet a: http://hdl.handle.net/2445/23667

Avaluació de la població de llagostes (Palinurus Elephas) de les Illes Medes. Exercici 2000

Podeu consultar l'Informe complet a: http://hdl.handle.net/2445/23669

Avaluació de la població de llagostes (Palinurus elephas) de les Illes Medes. Exercici 2001

Podeu consultar l'Informe complet a: http://hdl.handle.net/2445/23672

Avaluació de la població de llagosta vermella Palinurus Elephas de les Illes Medes. Exercici 2002

Podeu consultar l'Informe complet a: http://hdl.handle.net/2445/23675

Risposte comportamentali a stimoli acustici nell'Aragosta mediterranea Palinurus elephas.

Lo studio è stato effettuato su esemplari di Palinurus elephas, decapodi appartenenti alla famiglia dei Palinuridae. Tali organismi oltre ad essere importanti dal punto di vista bio-ecologico, data l’ampia distribuzione geografica e il ruolo critico che rivestono in numerose reti trofiche marine, costituiscono una risorsa commerciale considerevole in tutto il Mediterraneo. Questo studio nasce dall’assunzione che il rumore di natura antropica potrebbe avere effetti negativi sugli stock di aragoste, andando a mascherare sia il suono del fondo marino, avente un ruolo di orientamento nelle fasi larvali di molti decapodi, sia i suoni d’importanza bio-ecologica prodotti da conspecifici e non. Negli ultimi anni si sono indagati i meccanismi d’emissione acustica di Palinurus elephas dimostrando che questi stimoli sonori, chiamati Rasp (range di frequenza = 2-75 kHz), avvengono in associazione a comportamenti anti-predatoriali, ossia in tutti quei comportamenti che implicano un movimento dell’apparato antennale. Tuttavia ben poco si conosce sull’ecologia di questa specie, in particolare per quanto concerne la comunicazione intraspecifica e l’abilità di questi animali nella percezione di segnali acustici (inclusi quelli emessi da conspecifici) a diverse frequenze. Nel corso di questo studio si sono volute indagare le risposte comportamentali di questo crostaceo a suoni di diversa natura: Sweep Basso = 0.1-20 kHz; Sweep Alto = 20-80 kHz; Rasp = 2-75 kHz, desumendo la sensibilità di questa specie a spettri sonori diversi in frequenza e ampiezza. Le alterazioni del comportamento sono state monitorate e analizzate attraverso filmati audio-visivi. Nella fase sperimentale, sono state valutate 6 diverse variabili comportamentali: Distanza Percorsa, Mobilità, Velocità, Movimento, Tail Flip ed Emissioni Acustiche, al fine di evidenziare eventuali differenze significative tra i gruppi esposti a uno dei tre segnali e il gruppo di controllo.

Die molekulare Evolution der Hämocyaninsuperfamilie der Arthropoden

In vielen Arthropoden wird Sauerstoff mittels des Kupferproteins Hämocyanin transportiert. In der vorliegenden Arbeit wurde das Hämocyanin einiger Vertreter der Arthropoden molekularbiologisch untersucht. Bei den Crustaceen (Homarus americanus und Palinurus elephas) konnten vier Untereinheiten isoliert werden, bei denen es sich um Hämocyanine des a-Typs handelt. Bei den Myriapoden (Chilopoda, Scutigera coleoptrata und Diplopoda, Spirostreptus spec.) konnten drei unterschiedliche Hämocyaninuntereinheiten gefunden werden. Erst seit einiger Zeit ist das Hämocyanin bei Myriapoden biochemisch charakterisiert und bei diesen Hämocyaninsequenzen handelt es sich um die ersten von Myriapoden. Bei den Onychophoren (Epiperipatus spec.) konnte ebenfalls erstmals ein Hämocyanin isoliert und sequenziert werden. Hierbei handelt es sich um den ersten Hinweis, dass Onychophoren über ein respiratorisches Protein verfügen. In einer phylogenetischen Analyse der Hämocyaninsequenzen konnte ein Stammbaum der Hämocyaninsuperfamilie erstellt werden. Innerhalb der Crustacea ordnen sich die verschiedenen Hämocyaninuntereinheiten in distinkten Ästen an. Die Hämocyanine der Myriapoda sind monophyletisch, wobei die Auftrennung in distinkte Untereinheiten bereits vor der Trennung der Chilopoden und Diplopoden erfolgte; die phylogenetische Stellung der Myriapoda kann anhand der Hämocyaninsequenzen nicht zuverlässig aufgelöst werden. Eine gemeinsame Anordnung mit den Hexapoda ('Tracheata'-Hypothese) kann jedoch mit hoher Sicherheit ausgeschlossen werden. Die Onychophora stehen im Arthropodenstammbaum an basaler Position und können somit als Proarthropoda angesprochen werden. Es konnte gezeigt werden, dass die Hämocyaninevolution der Arthropodenevolution entspricht.

Zur Struktur und Funktion der Typ-3-Kupferproteine sowie der Lichtsammlerkomplexe LHCI und LHCII

In der vorliegenden Arbeit wurden die bioinformatischen Methoden der Homologie-Modellierung und Molekularen Modellierung dazu benutzt, die dreidimensionalen Strukturen verschiedenster Proteine vorherzusagen und zu analysieren. Experimentelle Befunde aus Laborversuchen wurden dazu benutzt, die Genauigkeit der Homologie-Modelle zu erhöhen. Die Ergebnisse aus den Modellierungen wurden wiederum dazu benutzt, um neue experimentelle Versuche vorzuschlagen. Anhand der erstellten Modelle und bekannten Kristallstrukturen aus der Protein-Datenbank PDB wurde die Struktur-Funktionsbeziehung verschiedener Tyrosinasen untersucht. Dazu gehörten sowohl die Tyrosinase des Bakteriums Streptomyces als auch die Tyrosinase der Hausmaus. Aus den vergleichenden Strukturanalysen der Tyrosinasen resultierten Mechanismen für die Monophenolhydroxylase-Aktivität der Tyrosinasen sowie für den Import der Kupferionen ins aktive Zentrum. Es konnte der Beweis geführt werden, daß die Blockade des CuA-Zentrums tatsächlich der Grund für die unterschiedliche Aktivität von Tyrosinasen und Catecholoxidasen ist. Zum ersten Mal konnte mit der Maus-Tyrosinase ein vollständiges Strukturmodell einer Säugetier-Tyrosinase erstellt werden, das dazu in der Lage ist, die Mechanismen bekannter Albino-Mutationen auf molekularer Ebene zu erklären. Die auf der Basis des ermittelten 3D-Modells gewonnenen Erkenntnisse über die Wichtigkeit bestimmter Aminosäuren für die Funktion wurde durch gerichtete Mutagenese an der rekombinant hergestellten Maus-Tyrosinase getestet und bestätigt. Weiterhin wurde die Struktur der Tyrosinase des Krebses Palinurus elephas durch eine niedrigaufgelöste 3D-Rekonstruktion aus elektronenmikroskopischen Bildern aufgeklärt. Der zweite große Themenkomplex umfasst die Strukturanalyse der Lichtsammlerkomplexe LHCI-730 und LHCII. Im Falle des LHCII konnte der Oligomerisierungszustand der LHCMoleküle mit diskreten Konformationen des N-Terminus korreliert werden. Auch hier kam eine Kombination von Homologie-Modellierung und einer experimentellen Methode, der Elektronen-Spin-Resonanz-Messung, zum Einsatz. Die Änderung des Oligomerisierungszustands des LHCII kontrolliert den Energiezufluß zu den Photosystemen PS I und PS II. Des Weiteren wurde ein vollständiges Modell des LHCI-730 erstellt, um die Auswirkungen gerichteter Mutagenese auf das Dimerisierungsverhalten zu untersuchen. Auf Basis dieses Modells wurden die Wechselwirkungen zwischen den Monomeren Lhca1 und Lhca4 evaluiert und potentielle Bindungspartner identifiziert.

Die Verbindung von Kleinwinkelstreuung und in silico-Methodik zur Aufklärung von Konformationswechseln großer Proteinkomplexe

In dieser Dissertation wurden die Methoden Homologiemodellierung und Molekulardynamik genutzt, um die Struktur und das Verhalten von Proteinen in Lösung zu beschreiben. Mit Hilfe der Röntgenkleinwinkelstreuung wurden die mit den Computermethoden erzeugten Vorhersagen verifiziert. Für das alpha-Hämolysin, ein Toxin von Staphylococcus aureus, das eine heptamere Pore formen kann, wurde erstmalig die monomere Struktur des Protein in Lösung beschrieben. Homologiemodellierung auf Basis verwandter Proteine, deren monomere Struktur bekannt war, wurde verwendet, um die monomere Struktur des Toxins vorherzusagen. Flexibilität von Strukturelementen in einer Molekulardynamiksimulation konnte mit der Funktionalität des Proteines korreliert werden: Intrinsische Flexibilität versetzt das Protein in die Lage den Konformationswechsel zur Pore nach Assemblierung zu vollziehen. Röntgenkleinwinkelstreuung bewies die Unterschiede der monomeren Struktur zu den Strukturen der verwandten Proteine und belegt den eigenen Vorschlag zur Struktur. Überdies konnten Arbeiten an einer Mutante, die in einer sogenannten Präporenkonformation arretiert und nicht in der Lage ist eine Pore zu formen, zeigen, dass dieser Übergangszustand mit der Rotationsachse senkrecht zur Membran gelagert ist. Eine geometrische Analyse beweist, dass es sterisch möglich ist ausgehend von dieser Konformation die Konformation der Pore zu erreichen. Eine energetische und kinetische Analyse dieses Konformationswechsels steht noch aus. Ein weiterer Teil der Arbeit befasst sich mit den Konformationswechseln von Hämocyaninen. Diese wurden experimentell mittels Röntgenkleinwinkelstreuung verfolgt. Konformationswechsel im Zusammenhang mit der Oxygenierung konnten für die 24meren Hämocyanine von Eurypelma californicum und Pandinus imperator beschrieben werden. Für eine Reihe von Hämocyaninen ist nachgewiesen, dass sie unter Einfluss des Agenz SDS Tyrosinaseaktivität entfalten können. Der Konformationswechsel der Hämocyanine von E. californicum und P. imperator bei der Aktivierung zur Tyrosinase mittels SDS wurde experimentell bestätigt und die Stellung der Dodekamere der Hämocyanine als wesentlich bei der Aktivierung festgestellt. Im Zusammenhang mit anderen Arbeiten gilt damit die Relaxierung der Struktur unter SDS-Einfluss und der sterische Einfluss auf die verbindenden Untereinheiten b & c als wahrscheinliche Ursache für die Aktivierung zur Tyrosinase. Eigene Software zum sogenannten rigid body-Modellierung auf der Basis von Röntgenkleinwinkelstreudaten wurde erstellt, um die Streudaten des hexameren Hämocyanins von Palinurus elephas und Palinurus argus unter Einfluss der Effektoren Urat und Koffein strukturell zu interpretieren. Die Software ist die erste Implementierung eines Monte Carlo-Algorithmus zum rigid body-Modelling. Sie beherrscht zwei Varianten des Algorithmus: In Verbindung mit simulated annealing können wahrscheinliche Konformationen ausgefiltert werden und in einer anschließenden systematischen Analyse kann eine Konformation geometrisch beschrieben werden. Andererseits ist ein weiterer, reiner Monte Carlo-Algorithmus in der Lage die Konformation als Dichteverteilung zu beschreiben.

Rapid radiation in spiny lobsters (Palinurus spp) as revealed by classic and ABC methods using mtDNA and microsatellite data

Background: Molecular tools may help to uncover closely related and still diverging species from a wide variety of taxa and provide insight into the mechanisms, pace and geography of marine speciation. There is a certain controversy on the phylogeography and speciation modes of species-groups with an Eastern Atlantic-Western Indian Ocean distribution, with previous studies suggesting that older events (Miocene) and/or more recent (Pleistocene) oceanographic processes could have influenced the phylogeny of marine taxa. The spiny lobster genus Palinurus allows for testing among speciation hypotheses, since it has a particular distribution with two groups of three species each in the Northeastern Atlantic (P. elephas, P. mauritanicus and P. charlestoni) and Southeastern Atlantic and Southwestern Indian Oceans (P. gilchristi, P. delagoae and P. barbarae). In the present study, we obtain a more complete understanding of the phylogenetic relationships among these species through a combined dataset with both nuclear and mitochondrial markers, by testing alternative hypotheses on both the mutation rate and tree topology under the recently developed approximate Bayesian computation (ABC) methods. Results Our analyses support a North-to-South speciation pattern in Palinurus with all the South-African species forming a monophyletic clade nested within the Northern Hemisphere species. Coalescent-based ABC methods allowed us to reject the previously proposed hypothesis of a Middle Miocene speciation event related with the closure of the Tethyan Seaway. Instead, divergence times obtained for Palinurus species using the combined mtDNA-microsatellite dataset and standard mutation rates for mtDNA agree with known glaciation-related processes occurring during the last 2 my. Conclusion The Palinurus speciation pattern is a typical example of a series of rapid speciation events occurring within a group, with very short branches separating different species. Our results support the hypothesis that recent climate change-related oceanographic processes have influenced the phylogeny of marine taxa, with most Palinurus species originating during the last two million years. The present study highlights the value of new coalescent-based statistical methods such as ABC for testing different speciation hypotheses using molecular data.

Rapid radiation in spiny lobsters (Palinurus spp) as revealed by classic and ABC methods using mtDNA and microsatellite data

Background: Molecular tools may help to uncover closely related and still diverging species from a wide variety of taxa and provide insight into the mechanisms, pace and geography of marine speciation. There is a certain controversy on the phylogeography and speciation modes of species-groups with an Eastern Atlantic-Western Indian Ocean distribution, with previous studies suggesting that older events (Miocene) and/or more recent (Pleistocene) oceanographic processes could have influenced the phylogeny of marine taxa. The spiny lobster genus Palinurus allows for testing among speciation hypotheses, since it has a particular distribution with two groups of three species each in the Northeastern Atlantic (P. elephas, P. mauritanicus and P. charlestoni) and Southeastern Atlantic and Southwestern Indian Oceans (P. gilchristi, P. delagoae and P. barbarae). In the present study, we obtain a more complete understanding of the phylogenetic relationships among these species through a combined dataset with both nuclear and mitochondrial markers, by testing alternative hypotheses on both the mutation rate and tree topology under the recently developed approximate Bayesian computation (ABC) methods. Results: Our analyses support a North-to-South speciation pattern in Palinurus with all the South-African species forming a monophyletic clade nested within the Northern Hemisphere species. Coalescent-based ABC methods allowed us to reject the previously proposed hypothesis of a Middle Miocene speciation event related with the closure of the Tethyan Seaway. Instead, divergence times obtained for Palinurus species using the combined mtDNA-microsatellite dataset and standard mutation rates for mtDNA agree with known glaciation-related processes occurring during the last 2 my. Conclusion: The Palinurus speciation pattern is a typical example of a series of rapid speciation events occurring within a group, with very short branches separating different species. Our results support the hypothesis that recent climate change-related oceanographic processes have influenced the phylogeny of marine taxa, with most Palinurus species originating during the last two million years. The present study highlights the value of new coalescent-based statistical methods such as ABC for testing different speciation hypotheses using molecular data.

SOCIAL STRUCTURE OF ASIAN ELEPHANTS (ELEPHAS MAXIMUS) IN SRI LANKA

Asian elephants (Elephas maximus) are critically endangered and live in fragmented populations spread across 13 countries. Yet in comparison to the African savannah elephant (Loxodonta africana), relatively little is known about the social structure of wild Asian elephants because the species is mostly found in low visibility habitat. A better understanding of Asian elephant social structure is critical to mitigate human-elephant conflicts that arise due to increasing human encroachments into elephant habitats. In this dissertation, I examined the social structure of Asian elephants at three sites: Yala, Udawalawe, and Minneriya National Parks in Sri Lanka, where the presence of large open areas and high elephant densities are conducive to behavioral observations. First, I found that the size of groups observed at georeferenced locations was affected by forage availability and distance to water, and the effects of these environmental factors on group size depended on site. Second, I discovered that while populations at different sites differed in the prevalence of weak associations among individuals, a core social structure of individuals sharing strong bonds and organized into highly independent clusters was present across sites. Finally, I showed that the core social structure preserved across sites was typically composed of adult females associating with each other and with other age-sex classes. In addition, I showed that females are social at all life stages, whereas males gradually transition from living in a group to a more solitary lifestyle. Taking into consideration these elements of Asian elephant social structure will help conservation biologists develop effective management strategies that account for both human needs and the socio-ecology of the elephants.

Rural and urban attitudes to the conservation of Asian elephants in Sri Lanka: Empirical evidence

There has been little study of economic and general attitudes towards the conservation of the Asian elephant. This paper reports and analyses results from surveys conducted in Sri Lanka of attitudes of urban dwellers and farmers towards nature conservation in general and the elephant conservation in particular. The analyses are based on urban and a rural sample. Contingent valuation techniques are used as survey instruments. Multivariate logit regression analysis is used to analyze the respondents’ attitudes towards conservation of elephants. It is found that, although some variations occurred between the samples, the majority of the respondents (both rural and urban) have positive attitudes towards nature conservation in general. However, marked differences in attitudes toward elephant conservation are evident between these two samples: the majority of urban respondents were in favour of elephant conservation; rural respondents expressed a mixture of positive and negative attitudes. Overall, considerable unrecorded and as yet unutilised economic support for conservation of wild elephants exists in Sri Lanka.