Evolution and Biogeography in the Indomalayan-Melanesian-Oceanian region - Part 2

• Antragsteller: Dr. Michael Balke
• Fachliche Zuordnung: Systematik und Morphologie der Tiere
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 193060934

• Erstellungsjahr: 2018

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die Region von Südostasien über den indomalayischen Archipel, Melanesien, Australien bis nach Ozeanien ist geologisch komplex und reich an verschiedenen Landformen und Klimaten. Die Artenvielfalt dort ist außergewöhnlich hoch und phylogenetisch vielfältig. So überrascht es kaum, daß die Region zahlreiche Naturforscher über die letzten 150 Jahre magisch angezogen hat – so hat A.R. Wallace aufgrund seiner Beobachtungen im „Malayischen Archipel“ Mitte bis Ende des 19. Jahrhunderts die Theorie der organismischen Evolution mitbegründet und die Disziplin der Biogeographie ins Leben gerufen. Anhand einer umfassenden Besammlung von Schwimmkäfern über die gesamte Region erforschen wir die Mechanismen, welche die Artenvielfalt in der Region hervorgebracht haben. Dabei verwenden wir weltweit besammelte phylogenetische Hypothesen für ausgewählte Taxa in Kombination mit geologischen Daten, bis hin zu populationsgenomischen Ansätzen. Zudem beschreiben wir neue Arten, um die taxonmischen Grundlagen unseres Projektes nachhaltig zu sichern. Die Platynectini haben ihren Ursprung in Australien, mit Kolonisierungen Ostasiens und der Neotropis im frühen Eozän. Später erfolgten Besiedlungen Neu Guineas, der Wallacea, und der Sundainseln, jeweils mit lokalen Radiationen. Diese Sequenz spiegelt die geologische Geschichte der Region wieder, und läßt auch vermuten, daß es transozeanische Verbreitung von Australien in die Neotropis gab. Für Neu Guinea konnten wir zeigen, daß die Radiation von Exocelina zum größten Teil relative rezent ist, und stark durch die zentrale Orogenie und das Auftauchen von Vorgebirgen gefördert wurde. Die rekonstruierten Speziationsmechnismen / biogeographischen Muster in Relation zur geologischen Geschichte sind allerding weit komplexer als bisher in der Literatur postuliert. Für die Colymbetinae legen wir eine der wenigen empirischen, globalen Studien vor, die den inversen Latitudinalen Gradienten der Artenvielfalt untersuchen. Besonders divers in der Holarktis, und dann in den südlichen gemäßigten Zonen, zeigt diese Gruppe einen „Peak“ in den tropischen Regionen. Dies sind Arten holarktischen Ursprungs, die in tropischen Hochgebirgsregionen radiiert sind. Besonders vielfältig sind die tropische alpinen Zonen Neu Guineas, mit zahlreichen sehr rezenten Arten. Als Beispiel der populationsgenomischen Arbeiten wurden Exocelina und Philaccolilus Arten aus lotischen (Fließwassersysteme) Lebensräumen Neu Guineas mittels cox1, ddRADseq und nextRADseq untersucht. Wir zeigen, daß bereits zwischen relativ nahgelegenen Fundorten (40km) starke genetische Differenzierung auftreten kann (Exocelina), wohingegen diese bei anderen lotischen Arten (Philaccolilus) sogar über verschiedene geologische Regionen Neu Guineas sehr gering sein kann. Die Differenzierung ist also taxonidiosynkratisch und spiegelt geologische Ereignisse wieder sowie den evolutionären „Status“ der jeweiligen Arten, also zum Beispiel rezente Arten nach ebenfalls rezenter Ausbreitungsphase. Zusammenfassend zeigt sich, daß die Erforschung der Artenvielfalt idealerweise im Kontext globaler Rahmenwerke geschieht, und möglichst umfangreicher Besammlung. Technische Fortschritte machen es nun möglich, auch für nicht-­Modellorganismen und mit geringen Gewebemengen genomische Daten zu gewinnen, die wesentlich detailliertere Aussagen in Hinsicht auf Populationsgenetische Prozesse und Phylogenese ermöglichen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• (2018) Phylogeography and population genomics of a lotic water beetle across a complex tropical landscape. Molecular ecology 27 (16) 3346-3356
  Lam, Athena Wai; Gueuning, Morgan; Kindler, Carolin; van Dam, Matthew; Alvarez, Nadir; Panjaitan, Rawati; Shaverdo, Helena; White, Lloyd T.; Roderick, George K.; Balke, Michael
  
• (2012) Introduction of the Exocelina ekari-group with descriptions of 22 new species from New Guinea (Coleoptera, Dytiscidae, Copelatinae). Zookeys 250: 1–76
  Shaverdo H, Hendrich L, Balke M
  
• (2013) A new species of the Australian genus Necterosoma from Timor (Coleoptera: Dytiscidae: Hydroporini). Acta Musei Nationalis Pragae 53, 65–74
  Balke M, Toussaint EFA, Hendrich L, Hajek J
  
• (2013) Papuadessus baueri sp.nov. from Biak Island, Papua. Spixiana 36 (2), 283–288
  Balke M, Warikar E, Toussaint EFA, Hendrich L
  
• (2013) Remote Australasian sky islands act as a diversity pump facilitating peripheral speciation out of a widespread freshwater supertramp species. Ecology and Evolution 3(4), 1031–1049
  Toussaint EFA, Sagata K, Surbakti S, Hendrich L & Balke M
  
• (2014) Description of 23 new species of the Exocelina ekari-group from New Guinea, with a key to all representatives of the species group (Coleoptera, Dytiscidae, Copelatinae). ZooKeys 468: 1–83
  Shaverdo H, Sagata K, Panjaitan R, Menufandu H, Balke M
  
• (2014) The towering orogeny of New Guinea as a trigger for arthropod megadiversity. Nature Communications 5, 4001
  Toussaint EFA, Hall R, Monaghan MT, Sagata K, Ibalim S, Shaverdo H, Vogler AP, Pons J, Balke M
  
• (2015) Mosaic patterns of diversification dynamics followingthe colonization of Melanesian islands. Scientific Reports 5, 16016
  Toussaint EFA, Hendrich L, Shaverdo H, Balke M
  
• (2015) Two new species of Limbodessus diving beetles from New Guinea -­ short verbal descriptions flanked by online content (digital photography, μCT scans, drawings and DNA sequence data). Biodiversity Data Journal 3, e7096
  Balke M, Ruthensteiner B, Warikar E, Neven K, Hendrich L
  
• (2015) Unveiling the diversification dynamics of Australasian predaceous diving beetles in the Cenozoic. Systematic Biology 64 (1), 3–24
  Toussaint, E.F.A., Condamine, F.L., Hawlitschek, O., Watts, C.H.S., Porch, N., Hendrich, L. & Balke, M.
  
• (2016) Evolutionary history of a secondary terrestrial Australian diving beetle (Coleoptera, Dytiscidae) reveals a lineage of high morphological and ecological plasticity. Systematic entomology 41(3), 650–657
  Toussaint EFA, Hendrich L, Escalona H, Porch N, Balke M
  
• (2016) Phylogenetic niche conservatism explains an inverse latitudinal diversity gradient in freshwater arthropods. Scientific Reports 6, 26340
  Morinière J, Van Dam MH, Hawlitschek O, Bergsten J, Michat MC, Hendrich L, Ribera I, Toussaint EFA, Balke M
  
• (2016) Taxonomic revision of New Guinea diving beetles of the Exocelina danae group, with description of ten new species (Coleoptera, Dytiscidae, Copelatinae). ZooKeys 619, 45–102
  Shaverdo H, Sagata K, Panjaitan R, Balke M
  
• (2017) Evolution of Pacific Rim diving beetles sheds light on Amphi-Pacific biogeography Ecography 40 (4), 500–510
  Toussaint EFA, Hendrich L, Hajek J, Michat M, Panjaitan R, Short AEZ, Balke M
  
• (2017). A new species of Copelatus Erichson, 1832 (Coleoptera: Dytiscidae: Copelatinae) from the Adelbert range of Papua New Guinea. The Australian Entomologist 44(1), 49–55
  Megna, Y. S., Atthakor, W., Manaono, M., Hendrich, L., & Balke, M.