Ecological implications in the speciation of montane frogs with sky islands distribution

Abstract

Resumo: As regiões montanhosas são hotspots que abrigam alta biodiversidade e endemismo. Essas regiões são caracterizadas por possuir heterogeneidade topográfica e características climáticas que interagem juntas para criar uma diversidade de spots ecológicos. Muitas espécies de montanhas estão restritas em pequenos parches de condições ambientais, sendo suscetíveis a oscilações climáticas abruptas durante períodos passados e presentes. Neste estudo, avaliamos as flutuações climáticas ao longo do tempo focadas nos ciclos glacial-interglaciais usando modelagem de nicho para avaliar se o clima afeta a especiação e diversificação de sapos microendêmicos do gênero Brachycephalus ao longo da serra do Mar, localizada na região sudeste e sul do Brasil na Mata Atlântica. Particularmente, focamos nas espécies do grupo B. pernix para prever sua distribuição potencial nos períodos contemporâneo e passado. Utilizamos modelos correlativos baseado na associação de registros de ocorrência e variáveis ambientais de forma a simular condições microclimáticas dessas espécies. Para isso, utilizamos 131 variáveis ambientais e avaliamos a importância dessas variáveis com base em sua classificação de importância para delimitar as faixas de distribuição das espécies. No geral, nossos resultados no período atual mostram faixas restritas nas cadeias de montanhas onde existem habitats adequados para o grupo B. pernix. Além disso, o desempenho de nossos modelos usando essa abordagem indica alta precisão. Nossos paleo-modelos destacam o papel central das montanhas como microrefúgios durante as mudanças climáticas no final do Plioceno e Pleitoceno. Esses resultados corroboram a ideia de que os Brachycephalus são espécies adaptadas ao frio, mantendo seu nicho semelhante ao ancestral, e que a especiação no grupo ocorreu por meio de processo vicariantes durante as flutuações climáticas ao longo desses sistemas de cadeias montanhosas.

Abstract: Montane regions are hotspots that harbor high biodiversity and endemism. These regions are characterized by having topographic heterogeneity and climatic features that interact together to create a diversity of ecological patches. Many montane species are restricted to small patches of environmental conditions being these species susceptible to abrupt climatic oscillations during past and present periods. In this study, we evaluate the climatic fluctuations over time focus on glacial-interglacial cycles using niche modelling to assess whether the climate affect the speciation and diversification of microendemic frogs of the genus Brachycephalus from montane system of the southeastern and southern Brazilian Highlands in Atlantic Forest. Particularly, we focus on the species of B. pernix group to predict their potential distribution in contemporary and past periods. We employ a correlative model based on association of occurrence records and environmental variables; to simulate the microclimate of these frogs we obtain 131 environmental variables and evaluate the ranking of these variables based on their importance in delimiting species' range boundaries. Overall, our results in present period show rangecontracted in the mountain ranges where there are suitable habitats for B. pernix group; besides, the performance of our models using this approach indicate high accuracy. While our paleomodels highlight the central role of the mountains ranges as microrefugia during the climate changes in the late Pliocene and Pleitocene. These results support the idea that Brachycephalus are cold-adapted species tracking their ancestral niche and speciated via vicariance during climatic fluctuations in mountain ranges.