dimarts, 15 de desembre de 2015

Tesi doctoral de Valeria Rizzo 2 (3)


La Valeria a l'avenc de les Banderes, any 2011    Foto: Pere Cantons

      CAPÍTULO 1.2



Introducción:


Durante una exploración para buscar material en 2013 se encontró una nueva especie de Troglocharinus y se describió como T. pallisei.

Remarcamos el hecho de que el subgénero Antrocharidius se estableció por la ausencia de un cepillo de sedas en el ápice de los parámeros del edeago.



Áreas de distribución de las especies próximas:


Durante una exploración en el área de distribución más meridional del clado costero, en el verano de 2013, se descubrió una nueva especie, y el estudio de algunos ejemplares ubicados en la colección del Museu de Ciències Naturals de Barcelona, reveló otros ejemplares de la misma cueva que se consideraban pertenecer al T. orcinus Jeannel o a algunas de sus subespecies.

    Aquí vemos el clado de orcinus en azul que está aislado de espanoli y del resto del clado costero por el rio Francolí, en rojo la nueva especie T. pallisei.

    A la izquierda de la diapositiva anterior podéis ver el hábitus de la nueva especie.


Caracteres morfológicos:


Los caracteres que definen la nueva especie son: la presencia de un penicilo, o sea un cepillo de sedas en los ápices de los parámeros del edeago, ausente en T. orcinus; El pronoto ligeramente sinuado, en cambio regularmente curvado en orcinus; El mesoventrito diferente que en T. espanoli; Una pubescencia larga y erecta, más fina y apretada en ambos orcinus y espanoli


Filogenia molecular:

El muestreo es completo, con todas las subespecies de orcinus capturadas en las localidades típicas.
Los resultados de los análisis filogenéticos bayesianos ubican T. pallisei como especie hermana de todos los ejemplares secuenciados de orcinus con un soporte muy alto (0.95), ambas resultan hermanas de espanoli aunque con un soporte más bajo.

Usando la calibración obtenida en Cieslak 2014 para el mismo grupo y las mismas genes, la separación entre orcinus y pallisei se ha estimado hace 1,2 millones de años, la misma edad que el grupo elongatus.



Sinonímia del género Antrocharidius:


Después de describir la nueva especies algunas consideraciones nos han llevado a proponer la sinonimia entre Antrocharidius y Troglocharinus.
 
     En el trabajo nuestro de 2013 se encontró que orcinus estaba anidado dentro del clado costero de Troglocharinus, con un soporte muy alto.

El subgénero Anthrocaridius se  estableció por la ausencia del penicilo, pero aquí reportamos una nueva especie hermana de orcinus con penicilo, lo que evidencia la condición derivada de la ausencia del penicilo y la condición parafilética de este subgénero para orcinus y sus subespecies. 

   Así que establecemos aquí Antrocharidius como un nuevo sinónimo de Troglocharinus Reitter.


Discusión:

La taxonomía del género seguramente no está resuelta, este trabajo demuestra que todo el género necesita una revisión taxonómica completa, que probablemente se llevará a cabo en un futuro próximo.


Capítulo 2






Introducción:


Una cuestión muy importante en la biología evolutiva  ha sido siempre  la de investigar las relaciones entre las características de una especie y su hábitat. Esto es normalmente muy complicado porque una especie está expuesta a factores ambientales que cambian e interactúan continuamente en un sistema complejo, al cual la especie se ajusta con plasticidad comportamental o fenotípica, cambio de microhábitat o migración.

   El sistema subterráneo profundo es un escenario ideal para estudiar los ajustes evolutivos de las especies, porque en las cuevas y en su red de fisuras, las condiciones físicas son muy homogéneas, con una oscuridad constante y una temperatura y una humedad también constantes.


Introducción:


Las comunidades viventes tienen un rango muy limitado de explorar nuevos microhábitats, porque no existen casi.

   Lo que hay que subrayar es que por cada linaje de organismos subterráneos las temperaturas experimentadas pueden variar, geográficamente y temporalmente. Así que lo que se podría esperar es que estos organismos hayan adaptados su tolerancia térmica a estas condiciones, y que el clado de la costa tenga una tolerancia térmica más alta del clado pirenaico.



Objetivos específicos:

Con una combinación de experimentos fisiológicos y de reconstrucción de datos paleoclimáticos, queremos testar:

    -Si hay una diferencia significativa en la tolerancia térmica a corto o largo plazo entre las especies que viven en los Pirineos (en este caso T. fonti) y las especies que viven en la costa (o sea T. ferreri).
   -Si hay algun indicio de aclimatación a temperaturas variables dentro de su rango de tolerancia.


Sistema de estudio:



Se compararon dos especies que viven bajo diferentes condiciones térmicas dentro de este mismo género que como dijimos está altamente modificado para la vida subterránea desde el Mioceno. Uno, Troglocharinus fonti, se encuentra en cuevas de 4-11 ° C en el área ancestral de los Pirineos. El segundo, T. ferreri, habita en la zona costera de Catalunya desde el Plioceno temprano, y vive entre 14-16 ° C.

   Tambien hemos estudiado 2 especies pirenaicas relacionadas como grupos externos para comparar: una, Trapezodirus arcticollis que se incluye dentro del mismo linaje del Troglocharinus, y otra, Macharoscelis infernus, más distante, con el ancestro común hace 24 milliones de años.

    Aquí podemos ver la distribución de las especies usadas en el experimento y las relaciones filogenéticas entre ellas. En amarillo hay el sustrato calizo.


Métodos:


Experimentos de corto plazo:

Para los experimentos de corto plazo hemos recolectado los ejemplares y puestos en una cámara de infrarrojos (aquí podéis verlos dentro de la cámara pegados con cera a un ladrillo de material refractario), y hemos medido su temperatura interna (más abajo hay los puntos que graban la temperatura y a la derecha el plot de la misma durante el experimento).

El intervalo experimentado fue desde la temperatura de la cueva hasta -20º, para el límite térmico inferior, y desde la temperatura de la cueva a +60º, para testar el límite térmico superior.

En la figura podéis ver el límite térmico mínimo, y los picos que se ven serían los supercooling points, o el momento en que hay liberación de calor latente, que se tomó como valor para el límite inferior.

Para el límite superior se procedió también a la observación visual de cuando el animal dejaba de moverse.


Experimentos a largo plazo:


Los ejemplares (procedentes de 4 cavidades: 3 de Pirineos y 1 la de la costa) fueron capturados y guardados en un incubador a la misma temperatura de las cuevas.

Se usó luego otro incubador para proceder a tres tipos de experimentos:

-El de supervivencia a diferentes temperaturas (6, 20, 23 o 25 grados), comparando con controles a la temperatura de la cueva, para los mismos 7 dias que los experimentos

-El de aclimación a temperaturas crecientes desde 20 grados, subiendo 1 grado cada 48 horas, hasta que todos los animales muriesen

-El de aclimatacion a temperaturas fijas, o sea aclimatando los ejemplares para 7 días a 6 o 12 grados y luego transfiriéndolos a 23 grados


Análisis estadísticos:



Todos los datos de los experimentos se analizaron con tests paramétricos (t-test, GLM asumiendo una distribución de Poisson; o el post-hoc test, usando la corrección de Bonferroni) y no paramétricos (Mann-Whitney U-test o el Kruskal Wallis)


Resultados:


Experimentos de corto plazo:


Con un incremento rápido de temperatura, el límite térmico superior medio fue de unos 50 º C, sin diferencias significativas entre las especies de la costa y de Pirineos.

El límite térmico inferior fue también no significativamente diferente entre las dos especies (-2.1 grados para la especie pirenaica, y -2.4 grados para la especie de la costa.

No encontramos evidencia de  regulación térmica en ninguna de las dos especies.

En el gráfico se puede ver un ejemplo de la temperatura interna del ejemplar, y la flecha marca el punto en que tuvo lugar la liberación del calor latente, considerado como el lñimite térmico inferior, o supercooling point.

En los gráficos de la derecha tenemos el valor medio de la temperatura en que los ejemplares murieron, con las desviaciones estándar.

Experimento a largo plazo:


En los experimentos de supervivencia a diferentes temperaturas, los individuos expuestos a una temperatura de 6 ´C, a 20´C y los controles sobrevivieron todos siete días, con un 100%.

Los que se mantuvieron a 25º C nunca sobrevivieron más de 24 horas, mientras que a 23º C  hubo más variabilidad, pero todos murieron a los 2-3 días sin diferir de forma significativa entre especies.

Para la aclimatación a temperaturas crecientes no encontramos diferencias entre las especies, con la única excepción de que la especie de la costa (ferreri) sobrevivió de media más que el otro grupo más distante (macaroscelis), pero en cualquier caso ninguna especie sobrevivió más de 24 horas a 25 º C.


Discusión:


Para los experimentos de corto plazo, la tolerancia térmica inferior de las dos especies resultó la misma, y la superior igual a la de la mayoría de invertebrados de zonas templadas. El supercooling point está muy cerca de la temperatura de congelación de la hemolinfa en ausencia de mecanismos termorreguladores o sustancias anticongelantes (unos tres grados bajo cero).

Tampoco encontramos diferencias entre las dos especies para el límite superior, que es el mismo encontrado para especies de la misma latitud (entre 40 y 50º C), y parecido a la de la mayoría de eucariotas.

Este límite parece estar relacionado con la temperatura de desnaturación de las proteinas, que es la misma para la mayoría de animales terrestres utilizados en otros estudios y no parece tener un significado ecológico.
De hecho, en contraste con los resultados de los experimentos de corto plazo, los de largo plazo demuestran que ninguna especie puede sobrevivir más de 24 horas a 25º C, y la supervivencia a 23 ´C también se limita a un máximo de 2 o 3 días.

Lo que es más interesante, contrariamente a las expectativas, es que no encontramos diferencias en la tolerancia térmica a largo plazo entre la especie pirenaica y la de la costa, y que las dos toleran un rango de temperaturas más amplio que el que pudieron experimentar durante su historia evolutiva, desde la expansión de rango durante el Mioceno hasta el Pleistoceno, según nuestras reconstrucciones climáticas.

La única posible diferencia que encontramos fue en la aclimatación entre ferreri y macaroscelis, la especie menos relacionada, aunque la significación fue baja.

Todos los resultados parecen confirmar una pérdida de mecanismos fisiológicos de termorregulación, comunes en otros insectos,  y una tolerancia parecida a la que heredaron de sus ancestros miocénicos.


Discusión:

En las especies de Troglocharinus la tolerancia va más allá de las temperaturas experimentadas a través de toda su historia evolutiva. Las temperaturas más altas experimentadas actualmente por las especies del género son los de la zona costera de Cataluña, con un máximo de ca. 16° C en T. ferreri. Durante el óptimo térmico miocénico (16-14 Ma, una etapa del mioceno en que hubo un incremento de temperatura) con temperaturas de hasta 3,4 ° C más altas que en la actualidad, no hubo Leptodirini en la zona costera, porque la colonización ocurrió durante el Plioceno temprano, como vimos en el primer capítulo.

    En los Pirineos, un aumento de 3-4° C todavía pudo mantener la temperatura de las cuevas debajo de los 20° C. Durante los máximos glaciales del Pleistoceno las cuevas pirenaicas actualmente habitadas por Leptodirini sufrieron una disminución de 4-5° C (Tabla 1), pero las temperaturas se mantuvieron por encima de cero, con sólo muy pocos excepciones de cuevas que se asume que han sido colonizadas recientemente. Por lo tanto, un margen de tolerancia por defecto entre las temperaturas cerca del punto de congelación del agua y ca. 20° C pueden haber bastado a estos coleópteros para sobrevivir los últimos 30 millones de años sin desplazarse de las zonas cársticas en las que viven, lo que les permite prescindir de cualquier costoso mecanismo regulador. Si este fuera el caso, algunas de las poblaciones costeras de Troglocharinus podrian estar ahora cerca de su límite fisiológico, lo que sumado a su movilidad reducida y confinamiento del hábitat aumenta las amenazas sobre su supervivencia a largo plazo.


Conclusión:


11)   Las especies han perdido mecanismos fisiológicos relacionados con la tolerancia térmica probablemente debido a su alto coste metabólico

22)      No les ha sido necesario ajustar la tolerancia a la temperatura porque la tolerancia "por defecto" ha sido suficiente


33)      Esta falta de ajuste es algo a tener muy en cuenta en estudios que tratan de inferir tolerancias fisiológicas a partir sólo de las características del medio en el que las especies se encuentran actualmente

   Final de la segona part (de tres)


....continua en l'apunt de demà...


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