Desvendando a história antiga e recente de peixes neotropicais usando marcadores moleculares

Abstract

Resumo: Padrões de diversificação e estrutura genética das espécies são resultados da interação de características biológicas (capacidade) e ambientais (oportunidade). Essas características interagem ao longo do tempo, de forma que o mosaico de padrões presentes na natureza é resultado tanto de eventos contemporâneos quando de eventos históricos. Esse trabalho tem como objetivo avaliar, através de marcadores moleculares, como as características biológicas e ambientais (capacidade e oportunidade) se relacionam ao longo de diferentes escalas de tempo para formar os padrões de estrutura genética e diversificação de espécies de peixes neotropicais. Para isso, dois modelos são utilizados. No primeiro modelo (Capítulo I), os padrões de diversificação e estrutura genética de Atherinella brasiliensis (avaliados através dos fragmentos mitocondriais D-loop e Citocromo Oxidase B) suportaram que as características biológicas (espécie estuarina com retenção larval e dispersão limitada) possibilitaram o isolamento e a diversificação alopátrica durante períodos de alta do nível do mar e conexão durante eventos de regressão nas populações do Sul do Brasil, propiciando diversificação por Taxon Pulse. Na região sul do país, a plataforma continental é profunda e extensa, e conexões entre bacias e estuários com fluxo gênico entre as populações durante eventos de baixa do nível do mar são prováveis. Alternativamente, as populações do nordeste do Brasil (plataforma continental rasa e estreita) se mantiveram isoladas mesmo durante períodos de baixa do nível do mar, apresentando profunda diferenciação genética e endemismo de linhagens entre as populações. Assim, os resultados suportam a influência do tamanho da plataforma continental nos padrões de estrutura genética e diversificação de A. brasiliensis. No segundo modelo, foi testada a presença de comportamento de homing no pintado Pseudoplatystoma corruscans no Alto Rio Paraná através de marcadores microssatélites e sequências mitocondriais (Capítulo II). As diferenças entre as populações de larvas (identificação das larvas realizada no Capítulo III) do Rio Amambaí com aquelas dos Rios Ivinheima e Ivaí (áreas de reprodução) e mistura das populações nas áreas de alimentação (regiões baixas dos tributários e calha principal do Rio Paraná) sugerem que P. corruscans realiza homing. Contudo, a ausência de diferenciação genética entre as populações dos Rios Ivinheima e Ivaí pode ser decorrente do impacto da barragem de Porto Primavera, à montante da região analisada. Essa hipótese foi testada através de um modelo matemático criado no Capítulo IV. As simulações suportam que a adição de uma barragem gera homogeneização genética entre populações que realizam homing, especialmente naquelas adjacentes à barragem. Assim, os resultados dos Capítulos II e IV suportam a hipótese que P. corruscans da bacia do Alto Rio Paraná realiza homing, mas que a UHE de Porto Primavera provavelmente causou homogeneização genética entre as populações dos Rios Ivaí e Ivinheima. Por fim, os resultados da tese exemplificam como as capacidades das espécies (e.g. retenção larval; migrações e homing) interagem com as diferentes oportunidades (e.g. ciclos de isolamento e reconexão entre bacias litorâneas e estuários devido a movimentos eustáticos; sistema dendrítico com heterogeneidade ambiental), atuando interativamente na determinando os padrões de diversificação e estrutura genética das espécies. Essa abordagem é essencial para o entendimento dos mecanismos que geram a biodiversidade atual e possibilitam o embasamento de estratégias de manutenção dos potenciais evolutivos de espécies de peixes neotropicais. Palavras-chaves: Atherinella brasiliensis, Barragens, Genética da Conservação, Híbridos, Homing, Larvas de peixes, Modelos matemáticos, Pseudoplatystoma corruscans, Taxon Pulse.

Abstract: Diversification patterns and genetic structure of fish species result from biological (capacities) and environmental (opportunity) characteristics. These characteristics interact over time, and the mosaic of biological patterns is resulted from historical and current events. The main goal of the present study is assess how biological and environmental characteristics (capacity and opportunity) interact over different temporal scales to create the diversification patterns and genetic structure of Neotropical fish species. First, the diversification pattern and the genetic structure of the estuarine silverside Atherinella brasiliensis support biological characteristics (limited gene flow among populations) allow isolation and allopatric diversification in periods of high sea level, and connections among populations in periods of low sea level in South Brazil. Therefore, these cycles of isolation and expansion along the eustatic sea level changes permit these populations to diversify by Taxon Pulse. In the South Brazil, the continental shelf is broader, and its basins present great connections during periods of low sea level. Alternatively, the estuaries and basins from northeastern Brazil (narrow continental shelves) remained isolated over periods of low sea level, and its populations presented higher genetic differentiation and lineages endemism than southern populations. These results support the influence of the extension of the continental shelves on the diversification pattern and genetic structure of A. brasiliensis. In the second model, we assessed the genetic structure of the pintado Pseudoplatystoma corruscans from the Upper Paraná River to test if this species presents homing behavior. The genetic differentiation among the reproductive populations (inferred from their larvae) from the Amambai River and those from the Ivinheima River and Ivaí River, and the mixture of populations along the main channel (Paraná River - feeding area) support that P. corruscans perform homing. However, the lack of genetic differentiation between the populations of larvae from Ivaí River and Ivinheima River suggests that other factors are preventing the genetic differentiation among these populations, as such the Porto Primavera dam (upstream). In this way, we developed a mathematical model to test the effect of dams on populations that exhibit homing behavior. Our simulations support that those populations present reduced genetic differentiation as results of the isolation of the individuals of their reproductive sites by dams, mostly in the rivers adjacent to them. These results support that P. corruscans performs homing, but the Porto Primavera homogenized genetically the populations from the Ivinheima River and the Ivaí River. Finally, our results exemplify how capacities (migration and homing) and opportunities (cycles of isolation and expansion, dendritic network of rivers) work interactively and determine the genetic structure and diversification patterns of neotropical fishes. This approach allows us to understand which factors determine the current biodiversity and to base the development of conservation programs that maintain the evolutionary potentials of Neotropical fish species. Keywords: Atherinella brasiliensis, Conservation Genetics, Dams, Hybrids, Homing, Fish larvae, Mathematical models, Pseudoplatystoma corruscans, Taxon Pulse.