Divergence time estimations and contrasting patterns of genetic diversity between Antarctic and southern South America benthic invertebrates

• CLAUDIO ALEJANDRO GONZÁLEZ-WEVAR ^[1] ; ANGIE DÍAZ ^[1] ; KARIN GERARD ^[1] ; JUAN IVÁN CAÑETE ^[2] ; ELIE POULIN ^[1]
  1. [1] Universidad de Chile

     Universidad de Chile

     Santiago, Chile

     
  2. [2] Universidad de Magallanes

     Universidad de Magallanes

     Punta Arenas, Chile

     
• Localización: Revista chilena de historia natural, ISSN-e 0717-6317, ISSN 0716-078X, Vol. 85, Nº. 4, 2012, págs. 445-456
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Estimaciones de los tiempos de divergencia y patrones contrastantes de diversidad genética entre invertebrados bentónicos de Antártica y el extremo austral de Sudamérica
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• Resumen
  • español

    La diversidad, abundancia y composición de grupos taxonómicos en el océano Austral difiere de otros lugares del planeta debido a que su biogeografía refleja la compleja interacción de la tectónica, oceanografía, clima y elementos biológicos desde el Eoceno. Algunos grupos de organismos marinos bentónicos muestran altos niveles de divergencia genética entre provincias de esta región, apoyando la existencia de procesos vicariantes por tectónica de placas mientras que otros grupos, con alta capacidad dispersiva, muestran procesos de divergencia más recientes. Más aún, el reciente descubrimiento de larvas de decápodos no Antárticos en península Antártica sugiere que algunos grupos podrían cruzar la Corriente Circumpolar Antártica. Se analizaron los niveles de divergencia genética en especies congenéricas en invertebrados bentónicos del Océano Austral con potencial dispersivo. Para esto, se incluyó en los análisis secuencias del gen COI de un equinoídeo (Sterechinus), un gastrópodo (Nacella), y un bivalvo (Yoldia). Considerando los niveles de diferenciación genética y asumiendo la Hipótesis del Reloj Molecular, estimamos la separación entre grupos de ambos continentes. También comparamos los niveles de variación genética entre especies antárticas y subantárticas de Nacella y Sterechinus para determinar el efecto de los episodios glaciales del Cuaternario en su demografía. Detectamos claras diferencias genéticas entre especies congenéricas antárticas y subantárticas de Sterechinus, Nacella y Yoldia. La instalación de una barrera efectiva entre antártica y subantártica ocurrió casi al unísono (3.7 a 5.0 Ma) para estos grupos de organismos, y muy posterior a la separación física de ambos continentes. Comparaciones genéticas entre especies antárticas y subantárticas detectaron menores niveles de diversidad genética en especies antárticas sugiriendo un efecto más pronunciado de los episodios glaciales en Antártica que en Sudamérica. Estos resultados podrían reflejar el dramático efecto de los ciclos glaciales del Cuaternario en los tamaños poblacionales antárticos, especialmente en grupos con rangos batimétricos estrechos. El presente estudio provee nueva evidencia de los procesos de diferenciación entre organismos antárticos y sudamericanos. Ninguno de los géneros analizados mostró evidencia de flujo génico recurrente a través de la Corriente Circumpolar Antártica desde el Mio-Plioceno. Las comparaciones genéticas indican que especies antárticas y subantárticas fueron diferencialmente afectadas por los periodos glaciales.

  • English

    Diversity, abundance and composition of taxonomic groups in the Southern Ocean differ from elsewhere in the planet, since the biogeography in this region reflects the complex interactions of tectonics, oceanography, climate and biological elements since the Eocene. Several groups of marine benthic organisms exhibit high levels of genetic divergence among provinces in this region, supporting the existence of a vicariance process through plate tectonics, while other groups with high dispersive capacity exhibit recent divergence processes. Moreover, the discovery of non-Antarctic decapod larvae in Antarctic Peninsula suggests that some groups can travel across the Antarctic Circumpolar Current. Here we analyzed levels of genetic divergence in congeneric species of three Southern Ocean's benthic invertebrate groups with dispersive potential. For this purpose we included in the analyses COI sequences of an echinoid (Sterechinus), a gastropod (Nacella), and a bivalve (Yoldia). Considering the levels of genetic differentiation and assuming the molecular clock hypothesis we estimated the separation of invertebrates from the two continents. We also compared levels of genetic variation between Antarctic and sub-Antarctic species of Nacella and Sterechinus to determine the effect of the Quaternary glacial episodes in the demography of these species. We detected clear genetic differences between Antarctic and sub-Antarctic congeneric species of Sterechinus, Nacella, and Yoldia. According to our results, the installation of an effective barrier between Antarctica and sub-Antarctica occurred almost at the same time (between 3.7 and 5.0 Ma) for these groups of organisms, long after the physical separation of both continents. Genetic comparisons between Antarctic and Sub-Antarctic species of Nacella and Sterechinus detected lower levels of genetic diversity in Antarctic species, suggesting more pronounced effects of the glacial episodes in Antarctica than in South America. These results may reflect the dramatic effect of the Quaternary glacial cycles on Antarctic population sizes, especially in groups with narrow bathymetric ranges. The present study provides new evidence about the differentiation processes between Antarctic and South American organisms. None of the analyzed genera showed evidence for recurrent gene flow across the Antarctic Circumpolar Current since the Mio-Pliocene. Genetic comparisons indicate that Antarctic and Sub-Antarctic species were differentially affected by glacial periods.