Author(s): Carvalho, João Gonçalo Monteiro, 1989-
Date: 2014
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10451/15377
Origin: Repositório da Universidade de Lisboa
Subject(s): Especiação biológica; Selecção natural; Gastrópodos; Teses de mestrado - 2014
Author(s): Carvalho, João Gonçalo Monteiro, 1989-
Date: 2014
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10451/15377
Origin: Repositório da Universidade de Lisboa
Subject(s): Especiação biológica; Selecção natural; Gastrópodos; Teses de mestrado - 2014
Tese de mestrado. Biologia (Biologia Evolutiva e do desenvolvimento). Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2014
Especiação, a evolução de isolamento reproductivo entre diferentes populações, tem sido um dos temas mais investigados na área da biologia evolutiva. Dado que os investigadores têm geralmente acesso a apenas um instante deste processo contínuo, o estudo de especiação coloca, por definição, enormes desafios metodológicos. Um modo de ultrapassar estas dificuldades é através do estudo das diferentes fases de divergência dentro do mesmo sistema, desde os estádios inicias de diferenciação até ao isolamento reproductivo completo. Esta comparação pode-nos informar sobre os mecanismos e as forças que actuam nos diferentes estádios, assim como o modo como interagem durante o “contínuo da especiação”. Quando uma espécie ocupa diferentes habitats, a acção da selecção natural divergente pode resultar em importantes barreiras ao fluxo génico entre populações localmente adaptadas e possivelmente originar novas espécies, num processo geralmente denominado de especiação ecológica. A zona intertidal é dos ambientes mais heterogéneos do planeta, sendo caracterizada por gradientes abruptos de determinados factores abióticos e bióticos que podem variar numa escala de poucos metros. Neste contexto, a acção da selecção natural divergente em populações que habitam a zona intertidal pode levar à formação de ecótipos e até mesmo de novas espécies. As espécies do género Littorina (gastrópodes marinhos que vivem na zona intertidal), para as quais vários ecótipos têm sido descritos, são cada vez mais reconhecidas como excelentes modelos para estudar as causas ecológicas de especiação. Duas destas espécies, Littorina fabalis e L. obtusata, são o alvo deste trabalho. Apesar de inúmeras semelhanças, estas espécies-irmãs diferem em factores como a localização na zona intertidal (L. fabalis vive em zonas mais expostas à ondulação do que L. obtusata), o tamanho dos indivíduos, e principalmente ao nível da morfologia do pénis, sendo esta última a principal característica utilizada na distinção entre ambas. Em L. fabalis, diferentes ecótipos foram identificados desde o extremo Norte da distribuição da espécie (Suécia, Noruega e Reino Unido) até ao Sul, na Península Ibérica. No Norte da Europa, dois ecótipos foram classificados de acordo com o seu tamanho e o nível de exposição as ondas: o ecótipo LM (Large Moderatly exposed) apresenta um maior tamanho e uma maior exposição à força das ondas; enquanto os indivíduos do ecótipo SS (Small Sheltered) são menores e habitam áreas mais abrigadas. Na Península Ibérica, foram descritos três ecótipos, que além de diferirem no grau de exposição às ondas, encontram-se normalmente associados a distintas algas: o ecótipo ME (Mastocarpus Exposed) consiste em indivíduos de pequeno tamanho que habitam algas do género Mastocarpus em zonas altamente expostas; em zonas de exposição intermédia, encontra-se o ecótipo FI (Fucus Intermediate) composto por indivíduos de maior tamanho do que os ME e que habitam algas do género Fucus; e por fim, o ecótipo ZS (Zostera Sheltered) com indivíduos ligeiramente maiores que os FI, que foi apenas encontrado numa localidade bastante abrigada na Galiza, vivendo em ervas marinhas do género Zostera. Neste trabalho foram caracterizadas genética e morfologicamente várias populações de ambas as espécies, incluindo todos os ecótipos descritos para L. fabalis em duas grandes zonas geográficas (Península Ibérica e Norte da Europa), com o principal objectivo de entender os mecanismos envolvidos na diversificação (formação de ecótipos e espécies) deste grupo. Para tal, 13 populações de L. fabalis e uma população de L. obtusata repartidas por vários pontos da Galiza e do Norte de Portugal foram amostradas e analisadas para uma bateria de microssatélites que se desenvolveu especificamente para estas espécies. Adicionalmente, populações de três países do Norte da Europa (Suécia, Noruega e Reino Unido) foram também alvo de estudo. Em cada um destes países, um ponto exposto e um ponto abrigado, característicos de cada um dos ecótipos (LM e SS, respectivamente) foram amostrados em pelo menos duas localidades, e os indivíduos analisados com base em AFLPs (Amplified Fragment Lenght Polymorphism). Tanto as populações da Península Ibérica como do Norte da Europa foram estudadas de um ponto de vista morfológico através do método de morfometria geométrica. Este método permitiu identificar diferenças relevantes na morfologia da concha entre L. fabalis e L. obtusata, de tamanho entre os vários ecótipos de L. fabalis na Península Ibérica, e de tamanho e forma entre os dois ecótipos no Norte da Europa. Na Península Ibérica, os resultados obtidos com 16 microssatélites confirmam a clara separação genética entre L. fabalis e L. obtusata e mostram a utilidade destes marcadores moleculares na discriminação das duas espécies, revelando pela primeira vez, a existência de hibridização entre elas. Ao nível dos ecótipos de L. fabalis, os resultados parecem indicar uma subestruturação genética das populações relacionada com a geografia, assim como uma maior diferenciação do ecótipo ME, provavelmente associada com uma acentuada deriva genética nestas populações mais expostas. No entanto, o papel da selecção natural na diferenciação destes ecótipos sugerido pela sua divergência fenotípica não foi ainda esclarecido, sendo para tal necessário o estudo futuro de marcadores moleculares envolvidos na adaptação aos diferentes habitats. No Norte da Europa, o estudo de AFLPs detectou efeitos de selecção entre os indivíduos de zonas expostas e protegidas (LM e SS) em cerca de 5% do genoma, e uma percentagem de partilha de outliers relativamente elevada entre países e dentro de cada país (> 30%). A estrutura genética inferida através de loci outlier (selectivos) e nonoutlier (neutrais) revela, respectivamente, agrupamento por ecótipos e por geografia (Reino Unido vs. Escandinávia), sendo este padrão compatível com a formação dos ecótipos em paralelo e de um modo independente, em resposta à acção da selecção natural em cada uma destas áreas geográficas. A sequenciação futura dos outliers detectados neste trabalho, deverá esclarecer quais as possíveis origens (e.g. polimorfismo ancestral, fluxo genético, mutações de novo, ou uma combinação das três) da variação genética envolvida na formação e diversificação dos ecótipos. O principal objectivo deste trabalho consistia em lançar as bases necessárias para tornar estas espécies num modelo de estudo de especiação ecológica. A combinação das ferramentas genéticas e morfométricas aqui desenvolvidas permitiu identificar duas fases distintas (um estádio inicial e outro mais avançado) de um processo contínuo de especiação ecológica: a formação de ecótipos de L. fabalis no Norte da Europa e na Península Ibérica; e a diferenciação entre L. fabalis e L. obtusata. No entanto, a realização de estudos futuros será importante para clarificar quais os mecanismos e as forças responsáveis pela diversificação destes gastrópodes marinhos em particular, e de especiação ecológica em geral.
Currently, speciation is viewed as a continuous process (i.e. the speciation continuum), where different mechanisms are involved in the buildup of barriers to gene flow across time. One of these mechanisms is natural selection, which is responsible for processes of ecological speciation. Here I study, phenotypically and genetically, the two sister species of flat periwinkles, Littorina obtusata and L. fabalis, including ecotypic variation of the latter associated with different habitats. Two main regions of their distribution were studied independently and with different molecular markers, the Iberian Peninsula (IP) and Northern Europe (NE). In the IP, clear phenotypic (shell size and shape) and genetic differentiation was found between L. fabalis and L. obtusata, but also the first unequivocal evidence for hybridization between them, supporting the power of this approach for species discrimination and hybrid identification. Within L. fabalis, population (neutral) genetic structure better corresponds to geography than to ecology; whereas shell size divergence between ecotypes points to a possible role of natural selection in their diversification, although future studies are required to confirm these results. In NE, a relatively high proportion of shared AFLP outlier loci was detected between L. fabalis ecotypes across countries in a genome scan for divergent selection. The genetic structure of the outlier loci showed ecotypes to group together over a large geographical scale, combined with their repeated phenotypic divergence, supports that LM and SS ecotypes are likely diverging under the influence of natural selection in the face of moderate gene flow; while the study of neutral loci (nonoutliers) showed a separation between Scandinavia and the UK, maybe related with the recolonization process after the last glacial maximum. Thus, this work shows how different processes could be involved in the diversification of flat periwinkles across different stages of the speciation continuum, with natural selection likely acting as a key player; confirming the potential of this system to investigate parallel ecological speciation.