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Eliminación de impedimentos taxonómicos y ecológicos en "hot-spots" de biodiversidad mediante herramientas moleculares: los Chrysomelidae y sus asociaciones tróficas en el bosque seco tropical de Nicaragua

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Universitat de Barcelona. Departament de Biologia Animal

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[spa]  El bosque seco tropical estacional (BSTE), con una gran riqueza de especies y endemismos, suele estar integrado en hotspots de biodiversidad y, debido a las amenazas por actividades antropogénicas, ha sido catalogado como uno de los bioma terrestre más amenazado del planeta. Se estima que a nivel global queda menos de un 2% de su distribución original, por lo cual su estudio es prioritario para poder acometer su restauración y conservación. El objetivo general de esta tesis fue aplicar protocolos para evaluar de forma rápida y eficiente la diversidad biológica en áreas tropicales. Para este propósito, se integraron herramientas y métodos moleculares con taxonomía y ecología para delimitar el número de especies, así como las asociaciones tróficas de dos grandes grupos de Chrysomelidae en el BSTE de Nicaragua, donde la riqueza de insectos es abrumadora y aún desconocida. Específicamente, para analizar la diversidad de crisomélidos, el trabajo se centró en dos subfamilias especialmente ricas en especies, Cassidinae y Galerucinae sensu lato. El muestreo se realizó en cuatro localidades de BSTE en el rango de distribución en Nicaragua, y se procesaron 1.320 individuos pertenecientes a 251 morfoespecies. Utilizando dos métodos objetivos de delimitación de especies a partir de filogenias de un gen mitocondrial (cox1)—el modelo Generalizado Mixto de Yule y Coalescencia y el modelo de Árboles por Procesos de Poisson—se infirieron hasta 265 especies putativas. Los linajes evolutivos independientes que se identificaron fueron contrastados con evidencia morfológica y en general fueron altamente congruentes con ésta y entre métodos. Los estimadores de riqueza de especies, mostraron que nuestro muestreo no describió la diversidad total, y alcanzó a representar el 64 % de la biodiversidad esperada para crisomélidos de BSTE. Las cuatro comunidades de crisomélidos estudiadas fueron muy diferentes, y en buena parte debido al reemplazamiento de especies (ßsor > 0,681). Adicionalmente, se aplicaron metodologías moleculares para inferir las asociaciones tróficas de los crisomélidos a partir de la amplificación de secuencias cloroplásticas hipotéticamente provenientes de la dieta de los animales, y cuyo ADN estaría presente en sus extracciones de ADN total. Tras evaluar la posibilidad de contaminación ambiental sesgando las inferencias de dieta, pudimos aprovechar fragmentos cloroplásticos para 872 ejemplares de 257 especies putativas, a partir de los que se realizaron 1.133 inferencias de dieta sobre 188 especies vegetales de 43 órdenes, siendo Acanthaceae, Amaranthaceae, Asteraceae, Bignoniaceae, Cordiaceae, Euphorbiaceae, Malvaceae, Poaceae, Rubiaceae, Solanaceae, y muy en particular Fabaceae, las familias que representaron el mayor número de interacciones con las comunidades de Chrysomelidae en el BSTE de Nicaragua. Se aplicaron varias medidas descriptoras de las interacciones tróficas entre crisomélidos y sus plantas hospederas, las cuales permitieron mejorar la compresión de esta interacción, y mostraron que una localidad (Reserva Miraflores-Moropotente) sería la más afectada ante alteraciones del hábitat, al contar con plantas que sustentan muchas interacciones. Finalmente, se exploraron variables ambientales, ecológicas, florísticas y geográficas para evaluar el grado de influencia que éstas podrían tener para explicar las diferencias en composición de las comunidades de crisomélidos en el BSTE en Nicaragua. Los análisis de correlación múltiple entre estas variables mostraron que las diferencias en flora explicarían el 92 % de la variación respecto a las diferencias en las comunidades de crisomélidos, con escasa contribución del componente climático. Una visión de conjunto sobre nuestros resultados sugiere que propuestas de conservación sobre zonas de bosque con los niveles más altos de diferenciación en su composición florística, promoverían la conservación de comunidades únicas y muy ricas de los coleópteros herbívoros que habitan en estos fragmentos de bosque.

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[eng] The seasonally dry tropical forest (SDTF) with high species richness and endemism, is usually integrated in biodiversity hotspots. Due to several threats by anthropogenic activities, has been listen as one of the world’s most endangered terrestrial biomes. It is estimated that globally only remains less than 2% of its original distribution, so their study is priority to undertake its restoration and conservation. The general objective of this thesis was to implement protocols to assess quickly and efficiently biodiversity in tropical areas. For this purpose, tools and molecular methods were integrated with taxonomy and ecology, to define the number of species and their trophic associations of two large groups of Chrysomelidae in Nicaraguan STDF, where the richness of insects is overwhelming and unknown. Specifically, to analyse the diversity of beetles, this work focused on two subfamilies especially rich in species: Cassidinae and Galerucinae sensu lato. Sampling was conducted at four locations of SDTF in Nicaragua, and 1320 individuals belonging to 251 morphospecies were processed. Using two objectives methods of species delimitation from mitochondrial gene phylogenies (cox1)—the Generalized Mixed Yule and Coalescence model and the Poisson Tree Processes model—they were inferred up to 265 putative species. Those independent evolutionary lineages were compared with morphological evidence and were generally highly consistent with this and between methods. The estimators of species richness showed that our sampling did not describe the total diversity, reaching to represent 64% of the expected leaf beetles biodiversity of SDTF. Four well-studied Chrysomelidae communities were very different, and largely due to the turnover of species (ßsor > 0,681). Additionally, molecular methodologies for inferring Chrysomelidae trophic associations from chloroplast sequences retrieved from gut contents were applied. After evaluating possible environmental contamination skewing inference diets, we could use chloroplastic fragments from 872 individuals belonging to 257 putative species. From these species, we obtained 1133 diet inferences on 188 plant species of 43 orders. Fabaceae, Asteraceae, Solanaceae, and Malvaceae accounted for the largest number of interactions with Chrysomelidae communities in the SDTF of Nicaragua. Several descriptive measures of trophic interactions between leaf beetles and their host plants were applied, and it showed that one locality (Miraflores-Moropotente Reserve) would be the most affected to habitat alterations, by having plants that support many interactions. Finally, environment, ecological, floristic, and geographical variables were explored to assess the degree of influence they might have to explain differences in community composition of leaf beetles in SDTF of Nicaragua. The multiple correlation analyses between these variables showed that differences in flora explain 92% of the variation from differences in leaf beetles communities with little contribution of climate component. A overview of our results suggest that conservation proposals on forest areas with the highest levels of differentiation in its floristic composition, promote the conservation of unique and very rich communities of herbivorous beetles that inhabit these forest fragments.

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Tesis Doctorals - Departament - Biologia Animal

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Eliminación de impedimentos taxonómicos y ecológicos en "hot-spots" de biodiversidad mediante herramientas moleculares: los Chrysomelidae y sus asociaciones tróficas en el bosque seco tropical de Nicaragua