Projekt

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Eco-evolutionary dynamics and cryptic species in the alpine mayfly Baetis alpinus in glacial streams

Titel Englisch Eco-evolutionary dynamics and cryptic species in the alpine mayfly Baetis alpinus in glacial streams
Gesuchsteller/in Robinson Christopher
Nummer 152815
Förderungsinstrument Projektförderung (Abt. I-III)
Forschungseinrichtung Eawag
Hochschule Eidg. Anstalt für Wasserversorgung, Abwasserreinigung und Gewässerschutz - EAWAG
Hauptdisziplin Oekologie
Beginn/Ende 01.03.2015 - 29.02.2016
Bewilligter Betrag 81'973.00
Alle Daten anzeigen

Alle Disziplinen (3)

Disziplin
Oekologie
Hydrologie, Limnologie, Glaziologie
Umweltforschung

Keywords (5)

local adaptation; aquatic insect; glacial floodplain; alpine; mayfly (Ephemeroptera)

Lay Summary (Deutsch)

Lead
Eco-evolutionary dynamics and cryptic species in the alpine mayfly Baetis alpinus in glacial streams
Lay summary

Der Klimawandel beeinflusst alpine Lebensräume in immer stärkerem Ausmass, wobei sowohl die Landschaftsstruktur als auch der Wasserhaushalt ganzer Einzugsgebiete verändert wird. Diese Umweltveränderungen haben grosse Auswirkungen auf die Verbreitung und das Überleben von Wasserorganismen, deren Populationsstruktur und die Zusammensetzung von Artengemeinschaften.  Das Hauptziel unserer Forschungsarbeit ist es empirisch zu testen, welche Faktoren die Reaktion von aquatischen Makroinvertebraten auf Umweltveränderungen im Zuge von Gletscherrückgängen bestimmen. Der Fokus der Arbeit liegt dabei auf kryptischen Arten der alpinen Eintagsfliege Baetis alpinus. Mit Hilfe molekularer Methoden haben wir gezeigt, dass Baetis alpinus ein Komplex aus mindestens drei Arten ist, die morphologisch nicht eindeutig unterscheidbar aber  genetisch stark differenziert  sind. Diese drei Arten können am gleichen Standort zusammen vorkommen, scheinen sich aber untereinander nicht zu kreuzen. Die Entdeckung dieser kryptischen Arten hat wichtige und unerwartete Folgen für unser Verständnis der phänotypischen und genetischen Vielfalt innerhalb von B. alpinus und der Reaktion des Artkomplexes auf die Folgen des Klimawandels. Im ersten Teil unseres Projekts verwenden wir molekulare Methoden, um räumliche und zeitliche Muster in der Verbreitung der drei kryptischen Arten zu beschreiben. Weiter untersuchen wir, welche Umweltfaktoren mit der Häufigkeit der einzelnen Arten korrelieren. In einem zweiten Teil untersuchen wir mit Hilfe von Laborversuchen, ob sich die kryptischen Arten in Bezug auf ihre Temperaturtoleranz und ihren Lebenszyklus unterscheiden. Die Hauptfrage der Arbeit ist dabei: Welche ökologischen und evolutionären Prozesse bestimmen die Reaktion von Populationen der drei kryptischen B. alpinus Arten auf schnelle Umweltveränderungen?  

Direktlink auf Lay Summary Letzte Aktualisierung: 31.03.2014

Verantw. Gesuchsteller/in und weitere Gesuchstellende

Mitarbeitende

Publikationen

Publikation
Distribution and population genetic variation of crypticspecies of the Alpine mayfly Baetis alpinus (Ephemeroptera: Baetidae) in the Central Alps
, Distribution and population genetic variation of crypticspecies of the Alpine mayfly Baetis alpinus (Ephemeroptera: Baetidae) in the Central Alps, in BMC Evolutionary Biology.

Zusammenarbeit

Gruppe / Person Land
Formen der Zusammenarbeit
Musée cantonal de Zoologie, Palais de Rumine, Place de la Riponne 6, 1014 Lausanne Schweiz (Europa)
- Publikation

Verbundene Projekte

Nummer Titel Start Förderungsinstrument
119735 Terrestrial/aquatic linkages in microbial biodiversity in alpine floodplains: Shifting role of bacteria in ecosystem functioning (MICROLINK) 01.07.2008 Projektförderung (Abt. I-III)
135523 Towards understanding the determinants of stream macroinvertebrate responses to environmental change mediated by glacial recession 01.10.2011 Projektförderung (Abt. I-III)

Abstract

The world is experiencing a biodiversity crisis due to human activities, much of which is related to ongoing global climate change. Climate change is impacting alpine landscapes at unprecedented rates, with severe impacts on landscape structure and catchment hydrodynamics, as well as temperatures of glacial-fed rivers. These environmental changes are having strong effects on the persistence and distribution of alpine organisms, their population structure and community assembly, and ultimately, ecosystem functioning.How alpine taxa respond to these changes is poorly understood. Most predictions on species responses are based on simple climate envelope/habitat template models that predict species presence based on the distribution of putatively suitable habitats while ignoring variation in biotic traits, such as dispersal and species life-histories, and potential eco-evolutionary responses in key fitness traits (e.g. life history and temperature tolerance). Clearly, accurate predictions on species responses require integrative studies incorporating landscape changes with eco-evolutionary processes. In this vein, the primary goal of our general research is to empirically test determinants of stream macroinvertebrate responses to rapid environmental change mediated by glacial recession. The two main goals of the currently funded project focuses on i) determining community diversity patterns and changes, and ii) within species eco-evolutionary variation, along glacial streams. The work proposed here is a 1-year continuation project, which will specifically focus on the role of cryptic species within our model taxon the alpine mayfly Baetis alpinus. Surprisingly, our recent molecular genetic work on B. alpinus, in what is morphologically identified as a single species, revealed three cryptic species. These distinct lineages sometimes occur together in sympatry suggesting that they represent reproductively isolated groups within B. alpinus, so called cryptic species. These novel findings of cryptic species have important and unexpected consequences for understanding the phenotypic and genetic variation of B. alpinus and its responses to climate change.With increasing use of modern molecular tools, cryptic species are increasingly found, but whether apparent morphological similarity truly reflects ecological similarity (e.g. physiological and life-history variation) is rarely tested. At the same time, the role of such pronounced genetic substructure in determining the distribution of a given morpho-species, as well as its responses to environmental change, are poorly understood. Here, we want to 1) use molecular genetic tools to test for potential spatio-temporal changes in the frequency of the different cryptic species as well as the environmental correlates of genotype frequencies in replicate catchments, and 2) use laboratory experiments to test whether the different genotypes differ in temperature tolerance and life-history traits. These data would allow inferences on the determinants and importance of cryptic variation in a putative generalist alpine species.Climate-induced glacial retreat is occurring rapidly and in a replicated fashion (i.e. over multiple catchments and continents), thus providing a natural experiment for testing determinants of species distributional shifts in response to environmental change in alpine waters. The responses of alpine aquatic macroinvertebrates are highly important because of their known sensitivity to climate change and their fundamental role in ecosystem functioning. The main question for the work proposed here is: What are the eco-evolutionary processes in population level responses of the mayfly Baetis alpinus (i.e. its cryptic species) to rapid environmental change?The data generated here will be used to explicitly address the role of eco-evolutionary processes on population level responses in the mayfly. The study will i) examine spatio-temporal distribution patterns of the mayfly in nature, using landscape genetics to determine ecologically relevant variation within and between the different cryptic species in replicate catchments, and ii) use laboratory experiments to examine temperature tolerance (i.e. critical thermal maxima) of the different genotypes and elucidate the role of stream temperature in mayfly development and life history.
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