Διερεύνηση της ταξινομίας, ζωογεωγραφίας και φυλογονίας των γαρίδων του γένους Atyaephyra, στα περιμεσογειακά άναλα ύδατα

Abstract

The family Atyidae includes 43 extant genera, with most of its genera and species having limited distributions. Seven atyid genera are found in the freshwater habitats of the wider Mediterranean region (Atyaephyra, Caridina, Dugastella, Gallocaris, Troglocaris, Puteonator, Typhlatya). While most of the above genera have limited distributions, the genus Atyaephyra shows a wide distribution in the circum-Mediterranean region spanning from the Middle East, to northwestern Africa, the greater part of southern Europe and to some Mediterranean islands (Corsica, Sardinia, Sicily). Although the genus Atyaephyra was first reported in the circum-Mediterranean region 200 years ago it continues to have a very confusing taxonomic history. The main reasons for this complicated history of the genus Atyaephyra, is its great intrapopulation and interpopulation variability presented, as well as the lack of a series of samples covering the distribution range of the genus.This specific research was designed and conducted according to the following hypothesis, formed in a previous study, «it is very likely that more taxa should be included in this wide distributed endemic genus».The aim of this PhD thesis was to investigate the taxonomic status of the endemic Mediterranean genus Atyaephyra, throughout its geographical distribution. Specific targets were: (1) the recognition and identification of any new species within the genus Atyaephyra, the validation or not of already described taxa and the possible verification of the results of morphology with genetic methods, (2) the description of the distribution range of the species identified and their phylogenetic relationships, in relation to the palaeogeographic history of the circum-Mediterranean areas.For this purpose, combined information derived from both morphological and the genetic examination of Atyaephyra samples was acquired.Samples were obtained from a total of 176 different locations found in 139 rivers, lakes, reservoirs from 22 different countries in the wider Mediterranean region. Sampling was conducted in such a way as to cover the study area, the broader Mediterranean region, the best way possible, so that the intrapopulation and interpopulation morphological and genetic variability of Atyaephyra is represented. Morphological analysis included a comparative examination of 1389 individuals, while in total 137 different morphological characters were examined (70 somatometric, 48 meristic and 19 qualitative characters).For the genetic analyses two genetic markers were used, one mitochondrial (COI) and one nuclear (28SrRNA). Three phylogenetic analyses, Bayesian Inference, Maximum Likelihood and Neighbor Joining were implemented, while divergence times of the phylogenetic clades were estimated using geological data reported in related to Atyaephyra genera. The detailed analysis of the morphological characters and the genetic data from the study of these two genes (COI, 28S) revealed the existence of seven species inside the endemic circum-Mediterranean genus Atyaephyra. Of these seven species, four species are described as new to science (A. acheronensis, A. strymonensis, A. thyamisensis, A. tuerkayi), of which two are cryptic (A. acheronensis, A. tuerkayi), and can only be identified using genetic characteristics. Two other species (A. stankoi and A. orientalis) were described in detail for the first time.Additionally, a dichotomous key was created with the use of several selected morphological characters and the geographical distribution of the species, based on which the seven species of the genus can be separated. The unique genetic characters, the genetic distances of each species in relation to the other species of the genus, the monophyly characterizing each species and finally the unique haplotypes found in each species, support the recognition of these seven distinct species.Regarding the genetic diversification among the seven species, A. tuerkayi and A. orientalis appear to be the most diversified species of the genus. The Greek species appears to be intermediate diversified, with A. thyamisensis being the most diverse of the three. Finally, the less differentiated compared to the other species, it seems to be the species A. desmarestii and A. acheronensis.Furthermore, the geographical distribution of each species is defined and described. The species A. desmarestii has been reported from various freshwater systems of Europe and northwest Africa. In contrary, A. acheronensis displays a fragmented distribution spanning from Slovenia to the southwest Greece. The distribution of A. thyamisensis seems to be limited to a few rivers in western mainland of Greece and the islands of Corfu and Lefkada. The species A. stankoi has a relatively wide distribution in Greece, which extends up the southern part of FYROM. The species A. strymonensis displays a very limited distribution including only the rivers Strymonas and Nestos. The species A. orientalis shows a wide distribution from Turkey to Iran and finally A. tuerkayi is found only in the river Nahr Al-Kabir in Syria.According to the phylogenetic analyses, all the phylogenetic trees generated are characterized by the appearance of corresponding monophyletic clades and subclades, which represent distinct species according to morphology or/and distinct geographical areas. Specifically, four main phylogenetic clades are being recognized. The first clade includes sequences from the Middle East that correspond to the morphologically well distinct species A. orientalis. The second clade includes sequences from Syria and corresponds to the morphologically indistinguishable (cryptic) species A. tuerkayi. The third clade includes three well distinct morphological species from Greece, A. strymonensis, A. thyamisensis and A. stankoi. This clade is further divided into three monophyletic subclades, each of which corresponds to one of the above mentioned three species. The fourth clade includes sequences from Western Europe, northwest Africa and the Balkan Peninsula. This clade is also separated into two monophyletic subclades, according to the consensus analysis and includes the cryptic species A. acheronensis and A. desmarestii. In all the analyses, the genus Atayephyra appears as monophyletic.Finally, the complicated palaeogeography of the Mediterranean probably was the catalyst for the formation of the present biogeographic pattern of the genus Atyaephyra. A phylogeographic scenario of an old origin of the genus seems more likely with an initial settlement in the Mediterranean region, between the late Eocene and early Oligocene Epoch. The ancestor of Atyaephyra seems to have followed a southern route from Asia to the Middle East and from there to southern Europe via the Balkan-Eastern-Iranian tectonic plate and subsequently dispersed throughout the wider Mediterranean region.

Η οικογένεια Atyidae περιλαμβάνει 43 αρτίγονα γένη, με τα περισσότερα γένη και είδη να έχουν περιορισμένες εξαπλώσεις. Στα λιμναία και ποτάμια ενδιαιτήματα της ευρύτερης Μεσογειακής περιοχής συναντώνται 7 γένη (Atyaephyra, Caridina, Dugastella, Gallocaris, Troglocaris, Puteonator, Typhlatya) των Atyidae. Ενώ τα περισσότερα από τα παραπάνω γένη εμφανίζουν μια περιορισμένη εξάπλωση, τo Atyaephyra αντίθετα εμφανίζει μια ευρεία εξάπλωση στην περιμεσογειακή περιοχή, η οποία εκτείνεται από τη Μέση Ανατολή, στη βορειοδυτική Αφρική, στο μεγαλύτερο τμήμα της νότιας Ευρώπης και σε μερικά μεσογειακά νησιά (Κορσική, Σαρδηνία, Σικελία). Παρόλο που το γένος Atyaephyra αναφέρθηκε για πρώτη φορά από την περιμεσογειακή περιοχή πριν 200 χρόνια συνεχίζει να έχει μια αρκετά μπερδεμένη ταξινομική ιστορία. Κύριοι λόγοι για την τόσο περίπλοκη ιστορία του γένους Atyaephyra είναι η μεγάλη ενδοπληθυσμιακή και διαπληθυσμιακή ποικιλότητα που παρουσιάζεται, καθώς και η έλλειψη μιας πλήρους σειράς δειγμάτων από όλες τις περιοχές που το γένος αυτό συναντάται.Η παρούσα έρευνα σχεδιάστηκε και πραγματοποιήθηκε με βάση την υπόθεση, η οποία διαμορφώθηκε σε προηγούμενη σχετική έρευνα: «στο τόσο ευρείας γεωγραφικής εξάπλωσης, ενδημικό αυτό γένος, θα πρέπει να περιλαμβάνονται περισσότερα του ενός taxa (είδη)».Πιο συγκεκριμένα, στόχος αυτής της διδακτορικής διατριβής ήταν η διερεύνηση της συστηματικής κατάστασης του ενδημικού μεσογειακού γένους Atyaephyra, σε όλη την έκταση της γεωγραφικής εξάπλωσής του και ειδικότερα: (1) η αναγνώριση και ο προσδιορισμός τυχόν νέων ειδών μέσα στο γένος Atyaephyra, αλλά και η τεκμηρίωση των taxa που είχαν περιγραφεί ελλιπώς, και η επιβεβαίωση πιθανώς των αποτελεσμάτων με γενετικές τεχνικές, (2) ο προσδιορισμός της εξάπλωσης των taxa του γένους που θα προσδιορίζονταν και των μεταξύ τους φυλογενετικών συγγενειών, σε σχέση και με την παλαιογεωγραφική ιστορία των περιμεσογειακών γεωγραφικών περιοχών.Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκε συνδυασμένη πληροφορία που προήλθε τόσο από τη μορφολογική εξέταση όσο και τη γενετική εξέταση δειγμάτων του γένους Atyaephyra.Συνολικά αποκτήθηκαν δείγματα από 176 διαφορετικές θέσεις που βρίσκονται σε 139 ποτάμια, λίμνες, φράγματα, πηγές από 22 διαφορετικές χώρες της ευρύτερης μεσογειακής περιοχής. Η επιλογή των δειγμάτων αυτών έγινε με τέτοιο τρόπο ώστε να καλυφτεί όσο το δυνατό καλύτερα η περιοχή μελέτης, δηλαδή η ευρύτερη Μεσογειακή περιοχή και συνεπώς να αντιπροσωπευτεί η ενδοπληθυσμιακή και η διαπληθυσμιακή μορφολογική και γενετική ποικιλότητα του Atyaephyra. Η μορφολογική ανάλυση περιλάμβανε τη συγκριτική εξέταση 1389 ατόμων, ενώ συνολικά εξετάστηκαν 137 διαφορετικά μορφολογικά χαρακτηριστικά (70 σωματομετρικά, 48 μεριστικά και 19 ποιοτικά χαρακτηριστικά). Για τις γενετικές αναλύσεις χρησιμοποιήθηκαν δύο γενετικοί δείκτες, ένας μιτοχονδριακός (COI) και ένας πυρηνικός (28SrRNA). Πραγματοποιήθηκαν τρεις μέθοδοι φυλογενετικής ανάλυσης, Ανάλυση κατά NJ, Ανάλυση Μέγιστης Πιθανοφάνειας και Ανάλυση κατά Bayes, ενώ εκτιμήθηκαν οι χρόνοι εξέλιξης των φυλογενετικών κλάδων με τη χρήση γεωλογικών δεδομένων που έχουν αναφερθεί για συγγενικά με το Atyaephyra γένη. Η λεπτομερής ανάλυση των μορφολογικών γνωρισμάτων, αλλά και των γενετικών δεδομένων από τη μελέτη των δύο γονιδίων (COI, 28S), αποκάλυψε την ύπαρξη επτά ειδών μέσα στο ενδημικό, περιμεσογειακό γένος Atyaephyra. Από αυτά, τα τέσσερα περιγράφονται ως νέα είδη για την επιστήμη (A. acheronensis, A. strymonensis, A. thyamisensis, A. tuerkayi), από τα οποία τα δύο είναι κρυπτικά (A. acheronensis, A. tuerkayi), δηλαδή μπορούν αναγνωριστούν μόνο με γενετικά χαρακτηριστικά. Για δύο άλλα είδη (A. stankoi και A. orientalis) δόθηκε για πρώτη φορά μια πλήρης λεπτομερής περιγραφή τους. Επίσης, με τη χρήση αρκετών επιλεγμένων γνωρισμάτων, αλλά και της γεωγραφικής εξάπλωσης τους, δημιουργήθηκε μια διχοτομική κλείδα, με βάση την οποία τα επτά είδη του γένους μπορούν να διαχωρίζονται μεταξύ τους. Τα μοναδικά γενετικά χαρακτηριστικά, οι γενετικές αποστάσεις του κάθε είδους σε σχέση με τα άλλα είδη του γένους, η μονοφυλετικότητα που χαρακτηρίζει το κάθε είδος και τέλος οι μοναδικοί απλότυποι που περιέχει το κάθε ένα είδος, συνηγορούν στην αναγνώριση των επτά αυτών διακριτών ειδών.Όσον αφορά στη γενετική ταυτοποίηση μεταξύ των επτά ειδών, το A. tuerkayi και το A. orientalis εμφανίζονται ως τα πιο διαφοροποιημένα είδη του γένους. Ακολουθούν τα ελληνικά είδη, με το A. thyamisensis να είναι το πιο διαφοροποιημένο από τα τρία. Τέλος, τα λιγότερο διαφοροποιημένα σε σχέση με τα υπόλοιπα είδη εμφανίζονται να είναι τα είδη A. desmarestii και A. acheronensis.Επιπρόσθετα, διακρίνεται και περιγράφεται η γεωγραφική εξάπλωσης του κάθε ενός είδους. Το είδος A. desmarestii έχει αναφερθεί από διάφορα υδάτινα συστήματα της Ευρώπης και της βορειοδυτικής Αφρικής. Το A. acheronensis εμφανίζει μια κατακερματισμένη εξάπλωση που εκτείνεται από τη Σλοβενία μέχρι και τη νοτιοδυτική Ελλάδα. Αντίθετα η εξάπλωση του A. thyamisensis φαίνεται να περιορίζεται σε μερικά μόνο ποτάμια της ηπειρωτικής δυτικής Ελλάδας, αλλά και στα νησιά Κέρκυρα και Λευκάδα. Το A. stankoi έχει μια σχετικά ευρεία εξάπλωση στην Ελλάδα η οποία εκτείνεται μέχρι και το νότιο τμήμα της Π.Δ.Γ.Μ. Το Α. strymonensis εμφανίζει μια πολύ περιορισμένη εξάπλωση που περιλαμβάνει μόνο τα ποτάμια Στρυμόνας και Νέστος. Το A. orientalis εμφανίζει μια ευρεία εξάπλωση από την Τουρκία μέχρι και το Ιράν και τέλος το A. tuerkayi, συναντάται μόνο στον ποταμό Nahr Al-Kabir της Συρίας.Σύμφωνα με τη φυλογενετική ανάλυση, όλα τα φυλογενετικά δένδρα που δημιουργήθηκαν, χαρακτηρίζονται από την εμφάνιση αντίστοιχων μονοφυλετικών κλάδων και υποκλάδων, οι οποίοι αντιπροσωπεύουν διακριτά είδη, με βάση τη μορφολογία ή/και διακριτές γεωγραφικές περιοχές. Συγκεκριμένα, διακρίνονται τέσσερις βασικοί φυλογενετικοί κλάδοι. Ο πρώτος κλάδος περιλαμβάνει αλληλουχίες από τη Μέση Ανατολή, που αντιστοιχούν στο μορφολογικά καλά διακριτό είδος Α. orientalis. Ο δεύτερος κλάδος περιλαμβάνει αλληλουχίες από τη Συρία και αντιστοιχεί στο μορφολογικά κρυπτικό είδος A. tuerkayi. Στον τρίτο κλάδο περιλαμβάνονται τα τρία καλά διακριτά μορφολογικά είδη από την Ελλάδα, A . strymonensis, A. thyamisensis και A. stankoi. Ο κλάδος αυτός διαχωρίζεται σε τρεις μονοφυλετικούς υποκλάδους, κάθε ένας από τους οποίους αντιστοιχεί σε ένα από τα παραπάνω τρία είδη. Ο τέταρτος κλάδος περιλαμβάνει αλληλουχίες από τη δυτική Ευρώπη, τη βορειοδυτική Αφρική και τη Βαλκανική Χερσόνησο. Ο κλάδος αυτός διαχωρίζεται επίσης σε δύο ακόμη μονοφυλετικούς υποκλάδους, σύμφωνα με τη συνδυαστική ανάλυση και περιλαμβάνει το κρυπτικό είδος A. acheronensis και το A. desmarestii. Σε όλες τις αναλύσεις, το γένος Atayephyra εμφανίζεται ως μονοφυλετικό.Τέλος, η πολύπλοκη παλαιογεωγραφία της Μεσογείου, πιθανότατα υπήρξε ο καταλυτικός παράγοντας για τη διαμόρφωση των σημερινών βιογεωγραφικών προτύπων και του γένους Atyaephyra. Φαίνεται πιθανότερη μια φυλογεωγραφική θεώρηση αρχέγονης προέλευσης του γένους, με αρχική εγκατάστασή του στην περιοχή της Μεσογείου, από το τέλος της Ηώκαινης μέχρι τις αρχές της Ολιγόκαινης Εποχής. Ο πρόγονος του Atyaephyra φαίνεται να έχει ακολουθήσει μια νότια διαδρομή από την Ασία στη Μέση Ανατολή και από εκεί στη νότια Ευρώπη, δια μέσου της Βαλκανικής-Ανατολικής-Ιρανικής τεκτονικής πλάκας, από όπου και διασπάρθηκε σε όλη την ευρύτερη μεσογειακή περιοχή.