Distribución potencial y evolución de cuatro endemismos ibéricos de Gypsophila (Caryophyllaceae) en función de los cambios climáticos
- Autores: Miguel de Luis López
- Directores de la Tesis: Carmen Bartolomé Esteban (dir. tes.), Julio Álvarez Jiménez (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Alcalá ( España ) en 2020
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Juan Francisco Mota Poveda (presid.), Tíscar Espigares Pinilla (secret.), Marcelino de la Cruz Rot (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ciencias por la Universidad de Alcalá
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TESEO
- Resumen
- español
Objetivos, Localización y Especies Estudiadas: El género Gypsophila incluye un conjunto de plantas de gran interés biogeográfico, ecológico, evolulivo y bioquímico. En la Península Ibérica se han descrito ocho especies (López González, 1990), con un total de nueve táxones subespecíficos, de los cuáles cinco son endémicos de ese territorio: G. montserratii Fernández Casas, G. struthium subsp strutihum L., G. struthium subsp hispanica (Willk.) G. López, G. bermejoi G. López, G. tomentosa L.. Los cuatro últimos táxones ocupan sustratos yesíferos que determinan su comportamiento ecológico. Es en ellos en los que se centra esta investigación. El objetivo de este trabajo es el estudio de los nichos climáticos del conjunto de táxones elegidos, su influencia en las distribuciones potenciales y el efecto de los cambios climáticos del pasado y del futuro en estas distribuciones y en los procesos evolutivos.
Métodos: Nuestro trabajo se basa en la modelización de nichos ecológicos por comparación de las distribuciones actuales de estas plantas con una serie de variables climáticas. Se utilizaron variables bioclimáticas procedentes de Worldclim. Posteriormente, se han proyectado los nichos modelizados al espacio geográfico de esas variables (la Península ibérica), tanto en clima actual como en otros momentos climáticos mediante modelos de distribución de especies (Maxent). Esta herramienta nos ha permitido estudiar los cambios en la distribución potencial de estos táxones en tres momentos diferentes: el Último Máximo Glacial (Last Glacial Maximum, LGM), el Holoceno Medio (Mid Holocene, MH) y el presente. El desplazamiento de nicho entre estos táxones fue evaluado utilizando modelos de nicho ecológico y técnicas de ordenación, adoptando el método de solapamiento de nicho para estimar la similitud y la equivalencia de los nichos ecológicos. Para el caso de G. bermejoi, se propone un método para estimar su posibles centros de formación. Este método se basa en la observación, descrita en varios trabajos, relativa a las diferencias de distribución de diploides y poliploides de una determinada especie, siendo estos últimos más frecuentes en ambientes más extremos. Su estrecho nicho climático y carácter de endemismo, podrían hacer a esta especie especialmente vulnerable frente al cambio climático. Para estudiar la distribución potencial de este taxon bajo cuatro escenarios diferentes de cambio climático, hemos utilizado MaxEnt, señalando cambios relevantes en su distribución potencial, posibilitando así la es6mación de posibles áreas de refugio futuras.
Resultados: Se refleja una posible represión de la especiación de G. bermejoi por parte de factores climá6cos. Durante el LGM ciertos factores bioclimáticos pudieron posiblemente reprimir el establecimiento de poblaciones estables de este híbrido. Esto pudo ocurrir debido a las significativas diferencias entre el nicho climático de esta especie con respecto a sus parentales, que pudieron medrar durante el LGM mientras que ella no pudo hacerlo. En consecuencia, defendemos un origen reciente (post glacial) de las actuales poblaciones de G. bermejoi. También hemos localizado varios centros de formación para esta especie que son coherentes con la distribución observada en la actualidad. Nuestros resultados indican que el desplazamiento de nicho puede ocurrir a diferentes escalas temporales. En el caso de G. bermejoi, la especiación puede haber producido un desplazamiento de nicho significativo en una o dos generaciones. En contraste, G. struthium subsp. struthium y G. struthium subsp. hispanica parecen haber experimentado un proceso más gradual. Ambos procesos serían relativamente recientes habrían estado fuertemente influenciados por el cambio climático a finales del LGM. En el caso de estas dos últimas subespecies, los modelos climáticos apuntan a un carácter más ancestral de de G. struthium subsp. struthium con respecto al de G. struthium subsp. hispanica. Nuestros modelos sugieren que las poblaciones de G. struthium que vivían en el valle del Ebro durante el LGM fueron muy semejantes a la actual G. struthium subsp. struthium. Pensamos que fueron sobre todo diferencias climáticas propiciadas por barreras geográficas las que favorecieron su diferenciación genética hacia G. struthium subsp. hispanica tras el LGM. Asimismo, las distribuciones potenciales obtenidas con MaxEnt para G. bermejoi, indican que estas variarían significativamente bajo algunos escenarios de cambio climático. Esto podría hacer que las áreas potenciales climáticas no se solaparan, o lo hicieran en menor medida, con los suelos idóneos para esta planta.
Conclusiones Principales: Todos estos resultados indican un papel crucial de las oscilaciones climáticas cuaternarias en los cambios de distribución potencial y en la evolución de los táxones ibéricos de Gypsophila. Durante los últimos 25.000 años los factores climáticos han reprimido o favorecido la formación de una especie híbrida, podrían haber determinado sus centros de formación y, además, favorecido la diferenciación genética y los desplazamientos de nicho en táxones hermanos. Creemos que el actual cambio climático puede tener efectos especialmente significativos en las plantas endémicas en suelos especiales. Los cambios en las áreas potenciales climáticas podrían no coincidir con las zonas de idoneidad edáfica, o hacerlo en menor medida. No obstante, debe estudiarse cada caso particular debido a las singulares adaptaciones que muestran estas plantas.
- English
Goal, Loca.on and Studied Species : The Gypsophila (Caryophyllaceae) genus includes a set of plants gypsophytes of particular biogeographic, ecological, evolucionary and biochemical interest. In the Iberian Peninsula this genus contains 9 taxa included in 8 species (López González, 1990), of which 5 are endemics for Spain: G. Montserratti Fernández Casas, G. struthium subsp strutihum L., G. struthium subsp hispanica (Willk.) G. López, G. bermejoi G. López, G. tomentosa L.. The last four can be found on gypsum soils which determines their ecological behavior. This research has focused on them. The goal of the present work is to study of the climatic niches of the set of chosen taxa, their influence on the potential distributions and the effect of past and future climatic changes in these distributions and in the evolutionary processes.
Methods: Our work is based on the modeling of ecological niches by comparing the current distributions of these plants with a series of climatic variables. Bioclimatic variables from Worldclim were used. Subsequently, the modeled niches have been projected to the geographic space of these variables (Iberian Peninsula), both in current climate and at other climatic moments by means of species distribu6on models (Maxent). This tool has allowed us to study the changes in the potential distribution of these taxa at different eras: the Last Glacial Maximum (LGM), the Middle Holocene (Mid Holocene, MH) and the present. The niche shiX among these taxa was assessed using ecological niche modelling and ordination techniques, adopting a niche overlap approach to compare the similarity and equivalency of the ecological niches. For the case of G. bermejoi, a method to locate its poten6al cradles is proposed. Our approach is based on the recurrent observation of differences in polyploid and diploid distributions, with polyploid taxa especially abundant in harsh environments. Thus, the narrow bioclimatic niche and the endemic nature of this plant could make this species particularly vulnerable to climate change. We used the MaxEnt to study the potential distribution of this taxon under four different scenarios of climate change, pin-pointing relevant changes in the potential distribution of this plant and enabling possible future areas of refuge to be assessed.
Results: We present evidence of a possible repression on the process of G. bermejoi speciation by climatic factors. This plant is an allopolyploid species derived from the parental taxa G. struthium subsp. struthium and G. tomentosa. during the LGM certain bioclimatic factors could possibly repress the processes by which this species was formed. Accordingly, we favor a recent origin (post glacial) of the current populations of G. bermejoi. We also located several potencial centers of formation for this species that are consistent with its observed current distribution. Our results seem to indicate that niche shiX can occur over very different timespans. In the case of G. bermejoi, speciation may have produced significant niche shiXing in one or two generations. By contrast, G. struthium subsp. struthium and G. struthium subsp. hispanica seem to have undergone a more gradual process. Both these processes are rela6vely recent and they will have been strongly influenced by the climate change at the end of LGM. In the case of these last two subspecies, the clima6c models point to a more ancestral character of G. struthium subsp. struthium with respect to G. struthium subsp. hispanica. Our models suggest that the populations of G. struthium living in the Ebro valley during the LGM were very similar to the current G. struthium subsp. struthium. We believe that it was mostly climatic differences caused by geographical barriers that favored their genetic differentiation towards G. struthium subsp. hispanica after the LGM. Also, the potential distributions obtained with MaxEnt for G. bermejoi indicate that these could vary significantly under some climate change scenarios. This could cause potential climatic areas to not overlap, or to a lesser extent, with the suitable soils for this plant.
Main conclusions: All these results point to a crucial rol of the quaternary climatic oscilaciones in the changes of the potencial areas and the evolution of the Iberian Gypsophila taxa. During the last 25,000 years, climatic factors have repressed or favored the formation of hybrid species, could have determined the centers of formation of some species and have driven genetic differentiation and ecological niche shifting in sister taxa. We believe that current climate change can have especially significant effects on endemic plant species on special soils. Changes in potential climatic areas may not coincide with edaphic suitability zones, or to a lesser extent. However, each particular case must be studied due to the unique adaptations shown by these plants.
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