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Título: Abordagem eco-evolutiva para entender a influência das mudanças do clima e da paisagem em lagartos de formações abertas amazônicas
Título(s) alternativo(s): An integrated eco-evolutionary approach to understand the influence of climate and landscape change on Amazonian open ecosystems lizards
Autor: Martins, Lidia
Orientador: Werneck, Fernanda
Coorientador: Colli, Guarino
Data do documento: 17-Set-2021
Editor: Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia - INPA
Programa: Ecologia
Abstract: Environmental change has affected the ecological and evolutionary patterns of several species throughout history. Climatic fluctuations during dynamic geological periods such as the Pleistocene (~2.6 Ma) shaped species distributions, diversity, and their demographic histories in neotropical forests, for example. In the current scenario, the consequences of the anthropic intensification of climate and landscape change on biodiversity are already observed. The main responses from biodiversity indicate range shifts to track favorable climates and occupation of new habitats, altering entire ecosystems. Genetic variation suggesting possible adaptations to local environmental conditions are also expected, however adaptive processes are slower than the current environmental changes, increasing extinction risks. Particularly for reptiles, climatic conditions directly affect the organism’s physiology, foraging, reproductive success, and, consequently, their survival. Such risks can be even more alarming in areas more susceptible to climate fluctuations, with high fragmentation and threat from land use, such as the Amazonian open ecosystems. Environments with such specific characteristics as open habitats may harbor species that are not found in adjacent forests, as the lizards from the Cnemidophorus lemniscatus species group, which includes three Amazonian species: two bisexual, C. lemniscatus and C. gramivagus, and one parthenogenetic, C. cryptus. However, they are cryptic species and their evolutionary histories are not well known. In this context, in my thesis I investigated the impacts of climate and landscape variation at different time scales on the ecology, distribution, and diversification of the C. lemniscatus group. First, based on systematics and molecular biogeography, I delimited the main lineages, estimated divergence times, and investigated the association between demographic history and the emergence of Amazonian open areas. I also investigated the association between lineage’s thermal traits linked with sensitivity or resilience to environmental changes and the environment. I recovered six lineages, three of them corresponding to the recognized species, and three others yet unnamed. I found that Pleistocene climate change affected the demographic history of the group in the same way that influenced the establishment of open Amazonian areas. I identified conservatism of thermal traits between lineages, which possibly facilitates niche tracking and population establishment in open ecosystems as they became available. From the phylogenetic relationships recovered in the first chapter, in the second chapter I investigated the association between genomic variation and climatic and landscape features, in addition to looking for genomic regions that indicated possible selection and local environmental adaptation. I identified association between neutral and adaptive genetic composition and vegetation in at least one species (C. lemniscatus). For the other two species, geographic distances between sites explained better the genetic variation, suggesting that the environment is not as important in structuring populations. Finally, in the third chapter, through hybrid species distribution modeling, I estimated habitat suitability and local extinction risks induced by global climate change, by incorporating physiological information into species occurrence data. Unlike what expected based on the conservatism of thermal tolerances found in the first chapter, I estimated different responses between lineages, with an increase in the suitable areas for C. lemniscatus occurrence, but a decrease for C. cryptus under moderate and severe carbon emission scenarios for 2060 and 2100. I conclude that environmental fluctuations affect the ecology and evolution of the C. lemniscatus group at all time scales and that even closely related taxonomic groups can be affected differently by environmental changes. The innovative eco-evolutionary approach of this thesis brings important results to foster priority actions for the conservation of natural open ecosystems in Amazonia and their associated biodiversity.
Resumo: Mudanças ambientais vêm afetando os padrões ecológicos e evolutivos de várias espécies ao longo da história. As flutuações climáticas de períodos geológicos dinâmicos como o Pleistoceno (~2,6 Ma) moldaram a distribuição e diversidade de espécies e suas histórias demográficas nas florestas neotropicais. Já no panorama atual, a influência humana está intensificando as mudanças do clima e da paisagem e as consequências dessas rápidas alterações ambientais já são observadas na biodiversidade. As principais respostas da biodiversidade indicam modificações nas áreas de ocorrência das espécies para rastrear climas favoráveis e ocupar novos habitats, alterando todo o ecossistema dessas regiões. Variações genéticas sugerindo possíveis adaptações às condições ambientais locais também são esperadas, contudo os processos adaptativos são lentos comparados à velocidade das mudanças ambientais atuais, causando aumento dos riscos de extinção. Particularmente para répteis, condições climáticas afetam diretamente a fisiologia, forrageamento, sucesso reprodutivo e, consequentemente, a sobrevivência desses organismos. Tais riscos podem ser ainda mais alarmantes em áreas suscetíveis a flutuações climáticas, alta fragmentação e forte ameaça pelo uso da terra, como as formações abertas amazônicas. Ambientes com características específicas como os habitats abertos podem abrigar espécies que não são encontradas em florestas de terra firme adjacentes, como é o caso dos lagartos do grupo Cnemidophorus lemniscatus. O grupo é composto por três espécies amazônicas: duas bissexuais, C. lemniscatus e C. gramivagus, e uma partenogenética, C. cryptus. Contudo, são espécies crípticas e suas histórias evolutivas não são bem conhecidas. Nesse contexto, nessa tese investiguei os impactos da variação do clima e da paisagem em diferentes escalas temporais na ecologia, distribuição e diversificação do grupo C. lemniscatus. Em um primeiro momento, com base em sistemática e biogeografia molecular, delimitei as principais linhagens, estimei os tempos de divergência e investiguei a associação entre a história demográfica desses lagartos e o surgimento das áreas abertas amazônicas. Investiguei ainda a associação entre traços termais de sensibilidade ou resiliência às mudanças ambientais das linhagens recuperadas e o ambiente. Recuperei seis linhagens, três delas correspondentes às três espécies já descritas, e outras três ainda não nomeadas. Encontrei que mudanças climáticas do Pleistoceno afetaram a história demográfica do grupo de maneira congruente a que influenciaram a evolução das áreas abertas amazônicas. Identifiquei conservatismo das tolerâncias térmicas entre linhagens, o que possivelmente facilita o rastreamento de nicho e o estabelecimento de populações em novos ecossistemas abertos disponíveis na paisagem. A partir das relações filogenéticas recuperadas, no segundo capítulo investiguei a associação entre a variação genômica das três espécies e os fatores climáticos e da paisagem, além de procurar por regiões do genoma que indicassem possíveis sinais de seleção e adaptação local relacionados às características ambientais. Identifiquei associação entre a composição genética neutra e adaptativa e a vegetação em pelo menos uma espécie (C. lemniscatus). Nas outras duas espécies, a distância geográfica entre localidades explicou melhor a variação genética, sugerindo que o ambiente não é tão importante na estruturação das populações. Por fim, no terceiro capítulo, por meio de modelagem de distribuição híbrida, estimei adequabilidade do habitat e riscos de extinção local induzidos por mudanças climáticas globais, incorporando informações fisiológicas aos dados de ocorrência das espécies. Diferente do esperado devido ao conservatismo das tolerâncias termais inicialmente encontrado, estimei respostas distintas entre as espécies, com aumento de área adequada para ocorrência de C. lemniscatus, mas diminuição para C. cryptus em cenários moderado e severo de emissão de carbono para 2060 e 2100. Concluo que flutuações ambientais afetam a ecologia e evolução do grupo C. lemniscatus em todas as escalas temporais e que mesmo grupos taxonômicos aparentados podem ser afetados de modo distinto pelas mudanças ambientais. A abordagem eco-evolutiva inovadora dessa tese traz importantes resultados para fomentar ações prioritárias para conservação das áreas abertas naturais na Amazônia e sua biodiversidade associada.
Aparece nas coleções:Doutorado - ECO

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