Genetic structure and connectedness of Southern Ocean pycnogonids (Chelicerata: Pycnogonida) in a changing environment
Final Report Abstract
In dem durchgeführten Projekt wurden am Beispiel von fünf Pantopodenarten aus Antarktis und Subantarktis mit genetischen und morphologischen Methoden Fragen zur Biodiversität sowie zur Populationsdifferenzierung untersucht. Die Hauptfrage hierbei war 1) ob innerhalb der untersuchten Arten Hinweise auf kryptische Arten existierten und ob diese in räumlich getrennten Regionen vorkommen (verschiedene Eiszeitrefugien) und 2) ob insbesondere bei den eurybathen Arten eine geringere genetische Populationsstruktur im Vergleich zu Flachwasserarten existiert. Als genetische Markersysteme sollten neben dem mitochondrialen COI-Genmarker auch Mikrosatelliten etabliert werden. Hier kam es, im Gegensatz zu allen Erfahrungen der Antragsteller mit anderen Taxa (insbesondere Crustacea) zu der Überraschung, dass zwar hunderte Mikrosatelliten isoliert werden konnten, diese jedoch nicht informativ waren oder von technischen Problemen oder Artefakten (Nullallele) betroffen waren. Um trotzdem unabhängige und variable Genmarker zu nutzen, wurde ein hochvariables Fragment (ITS-1) genutzt, welches eine hohe Auflösung für die Fragestellungen aufwies und somit zur Beantwortung aller Fragen herangezogen werden konnte. Ferner wurde ein neues next-generation sequencing Protokoll (RADseq) etabliert. Mit diesem können von nun an populationgenetische Analysen mit einem sehr hohen Auflösungsvermögen durchgeführt werden. Die Ergebnisse unserer Arbeiten zeigen, dass bei den drei eurybathen Arten Colossendeis megalonyx, Pallenopsis patagonica und Colossendeis robusta zahlreiche kryptische Arten gefunden werden konnten. Diese wurden im Kontext der Arbeiten bereits zum Teil formal beschrieben. Die zwei Flachwasserarten Austropallene cornigera und Nymphon australe zeigten hingegen keine Hinweise auf kryptische Arten. Alle fünf Arten, unabhängig von ihrer Tiefenverbreitung, wiesen starke Hinweise auf regionale Differenzierung auf. Diese Muster sind gut mit einem Überleben von Teilpopulationen in unabhängigen glazialen Refugien zu interpretieren. Hinweise: Die für das Projekt avisierten Kooperation zwischen dem Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (Dr. Christoph Held) und der Ruhr- Universität (Dr. Florian Leese, Dr. Christoph Mayer) hat sich als extrem positiv herausgestellt. Die Universität konnte von der hervorragenden Infrastruktur des AWI und den dort verfügbaren Kompetenzen in der Polar- und Meeresforschung profitieren. Umgekehrt hat der Austausch von Studenten / Doktoranden von der Universität an das AWI dort benötigte kapazitäre Engpässe lösen können. Die Kooperation mit den internationalen Partnern (Chester Sands, Claudia Arango) durch wechselseitige Besuche und gemeinsam verfasste Publikationen waren maßgeblich für den großen Erfolg des Projekts verantwortlich, der mit vier exzellent bewerteten Abschlussarbeiten (2x BSc, 1x MSc, 1 Dissertation) sowie 8 peer-reviewed Publikationen dokumentiert werden kann.
Publications
- (2015): Genetic data support independent glacial refugia and open ocean barriers to dispersal fort he Southern Ocean sea spider Austropallene cornigera (Möbius, 1902). Journal of Crustacean Biology 35, 480-490 [special issue on pycnogonid research]
Dömel JS, Convey P, Leese F
- (2011): Analyzing intraspecific genetic variation: a practical guide using mitochondrial DNA and microsatellites. In: Held C, Koenemann S, Schubart CD (2011): Phylogeography and Population Genetics in Crustacea. Crustacean Issues 19, 3-30
Leese F, Held C
- (2011): The mitochondrial genome of Colossendeis megalonyx supports a basal position of Colossendeidae within the Pycnogonida. Molecular Phylogenetics and Evolution 58: 553-558
Dietz L, Mayer C, Arango CP, Leese F
- (2012) Exploring Pandora’s Box: Potential and pitfalls of low coverage genome surveys for evolutionary biology. PLoS ONE, 7:e49202
Leese F, Brand P, Rozenberg A, et al.
(See online at https://doi.org/10.1371/journal.pone.0049202) - (2013): Evidence from morphological and genetic data confirms that Colossendeis tenera Hilton, 1943 (Arthropoda: Pycnogonida) does not belong to the Colossendeis megalonyx Hoek, 1881 complex. Organisms, Diversity & Evolution 13: 151-162
Dietz L, Krapp F, Hendrickx ME, Arango CF, Krabbe K, Spaak JM, Leese F
(See online at https://doi.org/10.1007/s13127-012-0120-4) - (2014): Pallenopsis patagonica (Hoek, 1881) – a species complex revealed by morphology and DNA barcoding, with description of a new species of Pallenopsis Wilson, 1881. Zoological Journal of the Linnean Society 170: 110-131
Weis A, Meyer R, Dietz L, Dömel JS, Leese F, Melzer RR
(See online at https://doi.org/10.1111/zoj.12097) - (2015): Morphological and genetic data clarify the taxonomic status of Colossendeis robusta and C. glacialis (Pycnogonida) and reveal overlooked diversity. Arthropod Systematics & Phylogeny 73: 89-110
Dietz L, Pieper S, Seefeldt MA, Leese F
- (2015): Regional differentiation and extensive hybridisation between mitochondrial clades of the Southern Ocean giant sea spider Colossendeis megalonyx. Royal Society Open Science 2: 140424
Dietz L, Arango CP, Halanych KM, Harder AM, Held C, Mahon AR, Mayer C, Melzer RR, Rouse G, Weis A, Wilson N, Leese F
(See online at https://doi.org/10.1098/rsos.140424) - Dissertation (Juni 2015): Studies on the phylogeography and systematics of sea spiders (Arthropoda: Pycnogonida) of the Southern Ocean
Lars Dietz
