Φυλογεωγραφία, βιολογία & οικολογία του χερσαίου γένους γαστερόποδων Metafruticicola Ihering, 1892 (Gastropoda, Hygromiidae)

Abstract

The land snail genus Metafruticicola von Ihering, 1892 is distributed in NE Mediterranean from the Aegean through Turkey and Cyprus to Israel. Currently, 25 species are morphologically recognized (two polytypic), half of them present in the Aegean region. It is one of the most common land snail genera in the Aegean, found in the majority of islands and islets from seaside to the subalpine zone (e.g., in the island of Crete). The taxonomy within the genus (subgenera, species, subspecies) is based primarily on shell morphology and the micro-sculpture of the shell in particular, where in some cases the anatomy of the genitalia is also used, while no phylogenetic relationships among the species have ever been studied. In addition, there are no studies on the biology and ecology of any representative of the genus, other than fragmentary information. The present dissertation had three main objectives. The initial aim was the morphological study of the collection maintained in the Natural History Museum of Crete, emphasizing on the anatomical characters of mainly not studied species. Nevertheless, the main objective was the phylogenetic investigation of the genus with emphasis on the Aegean area and using all the taxa of the archipelago, through different genetic and genomic data (Sanger sequencing, New Generation Sequencing). Finally, the reproductive strategy and activity inside the populations of three sympatric species of the genus were also investigated. In this study, a well resolved molecular phylogeny is presented, based on genetic [mitochondrial (16S rRNA & COI) and nuclear (ITS1, 5,8S-ITS2-28S rRNA, 60SL17, 60SL13, 60SL7, RPL14) loci] and genomic data [thousands of single nucleotide polymorphisms (SNPs) based on double-digest restriction-site-associated DNA sequencing (ddRADseq)], through Bayesian Inference and Maximum Likelihood approaches and using the sister genera Cyrnotheba and Hiltrudia as outgroups. The phylogenetic/phylogenomic analyses supported the non-monophyly of Metafruticicola, revealing the presence of four different clades. Moreover, the current taxonomic subdivision of the genus in four subgenera is not supported. Molecular phylogeny with the use of new generation sequencing (ddRADseq) data revealed a clear geographical pattern on the genus differentiation in the Aegean area. The emersion of the genus took place during the end of the Messinian Salinity Crisis, about 5 Mya, possibly from the western Asia Minor, whilst different pleiocenic and pleistocenic dispersion events were the keystones on the observed differentiation, with direction from the east to the west in the Aegean archipelago. Shell characteristics were proved to be insufficient for taxonomic species delimitation, even more so for phylogenetic use. On the other hand, penial papilla is a reliable taxonomic character concerning taxa delimitation, considering that the studies so far have shown consensus in their uniqueness with the retrieved monophyletic entities. The biology and ecology of the genus was studied through monthly sampling efforts and observations in a phryganic ecosystem in the region of Gouves, Heraklion for a period of 32 months, using the quadrat method of one m2. The genus’ species follow the typical annual strategy in activity and reproduction as the majority of the snails in southern Greece, with an active period and reproduction during the autumn and winter months and an extended multi-month inactive period from May, often lasting until October. Reproduction takes place during October-November and the first newborns appear inside the population during December. The rain allocation and the annual precipitation is perhaps the most important abiotic factor in the success of each reproductive period. Concerning the active period of the adults and subadults, it is in reality a lot shorter than the rainy season, especially for M. naxiana, a long-life animal with a coming-of-age period that lasts between three and four years. On the contrary, the species M. sublecta and M. noverca have a much shorter coming-of-age period of one to two years.

Το χερσαίο γένος σαλιγκαριών Metafruticicola von Ihering 1892 εξαπλώνεται στη ΒΑ Μεσόγειο από τα νησιά του Αιγαίου μέχρι το Ισραήλ με έντονη παρουσία και διαφοροποίηση στον αιγαιακό νησιωτικό χώρο και την Κρήτη. Σήμερα, αναγνωρίζονται 25 μορφολογικά είδη, δύο εκ των οποίων πολυτυπικά, με τα μισά από αυτά να κατανέμονται στον χώρο του Αιγαίου. Η ταξινόμηση εντός του γένους (υπογένη, είδη, υποείδη) βασίζεται σχεδόν αποκλειστικά σε κελυφικά μορφολογικά χαρακτηριστικά και πιο συγκεκριμένα στο μικροανάγλυφό του. Η χρήση ανατομικών δεδομένων στην ταξινόμηση είναι πολύ περιορισμένη, ενώ οι φυλογενετικές σχέσεις μεταξύ των ειδών δεν έχουν ποτέ μελετηθεί ως τώρα. Επιπροσθέτως, δεν υπάρχουν καθόλου πληροφορίες πάνω στη βιολογία και οικολογία κανενός εκπροσώπου του γένους, παρά αποσπασματικών πληροφοριών.Η παρούσα διατριβή είχε τρεις κύριους στόχους. Αρχικός στόχος υπήρξε η μορφολογική μελέτη του υλικού του Μουσείου Φυσικής Ιστορίας Κρήτης, με έμφαση στους ανατομικούς χαρακτήρες μη μελετημένων κυρίως ειδών. Ωστόσο, κυρίαρχο στόχο αποτέλεσε η εξελικτική διερεύνηση του γένους με έμφαση στον χώρο του Αιγαίου και με χρήση όλων των τάξων του αρχιπελάγους, μέσω διαφορετικών γενετικών και γενωμικών δεδομένων (αλληλούχιση Sanger, Νέας Γενιάς Αλληλούχηση). Τέλος, διερευνήθηκε η αναπαραγωγική στρατηγική και δραστηριότητα στους πληθυσμούς τριών συμπάτριων ειδών του γένους. Ως αποτέλεσμα, παρουσιάζεται μια πλήρως επιλυμένη φυλογένεση με τη χρήση γενετικών [μιτοχονδριακών (16S rRNA & COI) και πυρηνικών (ITS1, 5,8S-ITS2-28S rRNA, 60SL17, 60SL13, 60SL7, RPL14) τόπων] και γενωμικών δεδομένων [χιλιάδες μονονουκλεοτιδικοί πολυμορφισμοί (SNPs), βάσει πέψης με διπλά ένζυμα περιορισμού(ddRADseq)], μέσω των μεθόδων Μπεϋζιανής Συμπερασματολογίας και Μέγιστης Πιθανοφάνειας και χρησιμοποιώντας τα αδερφά γένη Cyrnotheba και Hiltrudia ως εξωομάδες. Οι φυλογενετικές/ φυλογενωμικές αναλύσεις υποστήριξαν την μη-μονοφυλετικότητα της Metafruticicola, αποκαλύπτοντας την ύπαρξη τεσσάρων διακριτών γενεαλογικών γραμμών απομακρυσμένων μεταξύ τους. Επιπλέον, η σημερινή ταξινομική υποδιαίρεση του γένους σε τέσσερα υπογένη δεν υποστηρίζεται. Η μοριακή φυλογένεση με χρήση δεδομένων νέας γενιάς αλληλούχησης ddRADseq αποκάλυψε ένα ξεκάθαρο γεωγραφικό μοτίβο για την διαφοροποίηση του γένους στον χώρο του Αιγαίου. Η ανάδυση του γένους έλαβε χώρα κατά το τέλος της Κρίσης Αλατότητας του Μεσσηνίου περί τα 5 εκ. χρ. πριν, κατά πάσα πιθανότητα από την περιοχή της δυτικής Μικράς Ασίας, ενώ κύριος μοχλός διαφοροποίησης υπήρξαν διάφορα πλειοκαινικά και πλειστοκαινικά γεγονότα διασποράς, με κατεύθυνση από ανατολή προς δύση στον χώρο του Αιγαίου. Οι κελυφικοί χαρακτήρες αποδείχτηκε ότι είναι ακατάλληλοι για την ταξινομική οριοθέτηση ειδών, πόσω μάλλον για φυλογενετική χρήση. Από την άλλη, η θηλοειδής δομή του πέους (penial papilla) είναι ένας αξιόπιστος ταξινομικός χαρακτήρας οριοθέτησης τάξων, καθώς η μέχρι τώρα μελέτη έδειξε σύμπνοια της μοναδικότητάς τους με τις ανακτημένες μονοφυλετικές οντότητες. Η βιολογία και οικολογία του γένους μελετήθηκε μέσω μηνιαίων δειγματοληψιών και παρατηρήσεων σε φρυγανικό οικοσύστημα στην περιοχή Γουβών Ηρακλείου για 32 μήνες με τη μέθοδο των τετραγώνων εμβαδού ενός m2. Τα είδη του γένους ακολουθούν την τυπική ετήσια στρατηγική δραστηριότητας και αναπαραγωγής των σαλιγκαριών της νοτίου Ελλάδας, με ενεργητική περίοδο και αναπαραγωγή κατά τους φθινοπωρινούς και χειμερινούς μήνες και μια παρατεταμένη πολύμηνη αδρανή περίοδο από το Μάιο μέχρι πολλές φορές και τον Οκτώβρη. Η αναπαραγωγή λαμβάνει χώρα Οκτώβρη-Νοέμβρη και τα πρώτα νεογνά εμφανίζονται στον πληθυσμό μέσα στον Δεκέμβριο. Η κατανομή των βροχών και ο ετήσιος υετός αποτελεί ίσως τον σημαντικότερο αβιοτικό παράγοντα στην επιτυχία κάθε αναπαραγωγικής περιόδου. Όσον αφορά την περίοδο δραστηριότητας των ενηλίκων και υποενήλικων ατόμων, αυτή είναι στην ουσία πολύ μικρότερη της υγρής περιόδου, ιδίως για τη M. naxiana, ένα μακρόβιο ζώο με περίοδο ενηλικίωσης μεταξύ τριών και τεσσάρων ετών. Εν αντιθέσει, τα είδη M. sublecta και M. noverca έχουν ένα πολύ μικρότερο χρόνο ενηλικίωσης, που κυμαίνεται μεταξύ ενός και δύο ετών.