38
Vipera aspis meeting- Leysin, Switzerland - 2015 Fernando MartínezFreiría CIBIO/InBio, Centro de Investigação em Biodiversidade e Recursos Genéticos. Universidade do Porto. Portugal.

V. latastei

  • Upload
    vocong

  • View
    222

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: V. latastei

Vipera aspis meeting- Leysin, Switzerland - 2015

Fernando  Martínez-­‐Freiría  

CIBIO/InBio,  Centro  de  Investigação  em  Biodiversidade  e  Recursos  Genéticos.    Universidade  do  Porto.  Portugal.  

Page 2: V. latastei

 European  vipers  à  genus  Vipera      

   ammodytes      

3  clades    aspis          

   pelias        Miocene  -­‐  Pliocene    Allopatric  speciation  processes    Reproductive  isolation    

 pre-­‐mating  barriers    post-­‐mating  barriers  

   

Page 3: V. latastei

13  species  in  Europe  (???)    Parapatric  distribution    Contact  zones:  

 -­‐  sympatry    -­‐  interspecific  competition    -­‐  gene  flow  

Page 4: V. latastei

3  species        Vipera  seoanei  Lataste,  1879              Vipera  aspis  (Linnaeus,  1758)            Vipera  latastei  Boscá,  1878  

Iberian  vipers  

Euro-­‐Siberian  

Mediterranean  

Page 5: V. latastei

Different  morphological  traits  

Iberian  vipers  

Page 6: V. latastei

Similar  ecological  traits    

   Ambush  predators    Diet    

Iberian  vipers  

Activity  

   Hibernation  -­‐  activity  periods    Moulting  periods  

Reproduction  

Feeding  

Mating      spring      autumn  

 Viviparous  

Page 7: V. latastei

   

Parapatric  distribution                

Different  habitat  requirements              

Different  thermoregulatory  capacities  and  abilities    

Iberian  vipers  

Page 8: V. latastei

V.  seoanei  –  V.  aspis  

Contact  among  the  3  species    

 High  course  of  the  

Ebro  river    

V.  aspis  –  V.  latastei    

contact  zones  among  Iberian  vipers  

Morphological  convergence  

V.  seoanei  –  V.  latastei    

Local  scale  latastei-­‐seoanei  à  allopatry  aspis-­‐seoanei  à  allopatry  aspis-­‐latastei  à  ¿?  

Page 9: V. latastei

1.    Distribution    2.    Potential  distribution  

   a)  environmental  factors      b)  sympatry  areas  

 3.    Morphology  

   a)  geographic  variation      b)  environmental  factors  

 4.    Ecological  traits    5.    Gene  flow  and  environmental  correlates  

   a)  genetic  structure      b)  hybridization      c)  ecological  divergence      d)  environmental  transition  –  species  traits  

 

V.  aspis,  V.  latastei  and  V.  seoanei  

V.  aspis  and  V.  latastei  

V.  aspis,  V.  latastei    and  hybrids  VA  x  VL    

V.  aspis,    V.  latastei    and    V.  seoanei  

Page 10: V. latastei

Intermediate  forms  and  syntopy  among  vipers  (V.  aspis  and  V.  latastei)  in  Northern  Iberian  Peninsula  

F.  Martínez-­‐Freiría,  J.C.  Brito  &  M.  Lizana  (2006).  The  Herpetological  Bulletin  97.    

Aim  #  1  

Distribution  

Page 11: V. latastei

intermediate  vipers  

V.  aspis   V.  latastei  

Page 12: V. latastei

GIS-­‐based  niche  models  identify  environmental  correlates  sustaining  a  contact  zone  between  three  species  of  European  vipers  

F.  Martínez-­‐Freiría,  N.  Sillero,  M.  Lizana  &  J.C.  Brito  (2008).    Diversity  &  Distributions  14.  

Aim  #  2  

Potential  distribution  

Page 13: V. latastei

 Morphological  criterium    Gps    locationsà  UTM  1x1  km  squares:    

 -­‐  48  V.  aspis    -­‐  54  V.  latastei      -­‐  19  V.  seoanei  

 Intermediate  forms  were  not  used        ENMs                      Maxent  3.0.4  beta              ArcMap  9.2  (GIS)  –  “ensemble  forecasting”  

7  EGVs  

Material  and  methods  

Page 14: V. latastei

V. aspis V. latastei V. seoanei

Altitude 5.76 (3.0 - 8.5) 2.56 (1.1 - 4.4) 7.67 (4.0 - 14.5)

Precipitation 12.52 (10.0 - 19.7) 54.80 (50.9 - 57.5) 20.28 (13.4 - 27.3)

Evapotransp. 44.71 (40.5 - 48.9) 16.53 (14.8 - 18.8) 17.95 (12.5 - 24.7)

Subst. cover 14.55 (10.9 - 17.6) 0.89 (0.3 - 1.6) 2.15 (0.4 - 5.4)

Slope 9.58 (4.3 - 16.1) 9.65 (5.7 - 16.0) 16.62 (11.2 - 20.0)

Max. Temp. 4.85 (2.7 - 8.9) 7.97 (1.4 - 14.2) 6.25 (3.4 - 10.0)

Min. Temp. 7.99 (5.0 - 10.5) 7.60 (5.7 - 9.9) 29.10 (21.8 - 41.7)

AUC training 0.915 (0.903 - 0.927) 0.951 (0.943 - 0.960) 0.961 (0.946 - 0.970)

AUC test 0.782 (0.707 - 0.865) 0.873 (0.809 - 0.935) 0.780 (0.708 - 0.923)

EGVs  importance  

Response  curves  

Results  

V. aspis —— V. latastei – · – V. seoanei -------

Precipitation (mm/year)

Slope (º)

Page 15: V. latastei

 areas  of  potential  

distribution                

areas  of  potential  sympatry  

     

V.  aspis  -­‐  V.  latastei        76  km2  

 V.  aspis  -­‐  V.  seoanei        23  km2    V.  latastei  -­‐  V.  seoanei  2  km2  

   

Results  

V.  seoanei  V.  aspis  

V.  latastei  

VA  -­‐VL  

VA  -­‐VS  

VL  -­‐VS  

Page 16: V. latastei

Geographical  patterns  of  morphological  variation  and  environmental  correlates  in  contact  zones:  a  multi-­‐scale  approach  using  two  Mediterranean  vipers  

(Serpentes)  F.  Martínez-­‐Freiría,  X.  Santos,  J.M.  Pleguezuelos,  M.  Lizana  &  J.C.  Brito  (2009).    

Journal  of  Zoological  Systematics  and  Evolutionary  Research  47.  

Aim  #  3  

Morphology  

Page 17: V. latastei

2  scales        

 regional:  NE  Iberia    64500  km2  

   local:  High  Ebro  300  km2  

Study  areas  

Page 18: V. latastei

728  vipers  à  276  museum  collections  and  452  field  work  in  the  High  Ebro    

    V.  aspis   V.  latastei  Intermediate  

vipers   analyses  

NE  Iberia  

specimens   369   261   98   630  

UTM  10x10   99   41   5   135  

High  Ebro  

specimens   183   179   92   362  

Material  and  methods  

Morphological  criterium  and  genetic  analyses    intermediate  vipers  à  mostly  hybrids

Idrisi  Kilimanjaro  14.01    

ArcGis  9.2  

9  meristic  traits  apical  scales  à  APICA  supralabials  à  SUPRAR  

infralabials  à  INFRAR  perioculars  à  PERIR  

loreals  à  LORER  intercantals+intersupraoculars  à  INTER  

ventralsà  VENT  subcaudalsà  SUBCA  

dorsal  marksà  DMARK  

Models  

Page 19: V. latastei

NE  Iberia  

Clines,  N-­‐S  oriented  

 

Results  

Page 20: V. latastei

High  Ebro  

Clines,  N-­‐S  oriented      3  areas  of  morphological  

variability  

 

Results  

Page 21: V. latastei

Environmental  correlates  

SCALE TRAIT ALT PREC PRECS TEMP TEMPS MINT MAXT

Regional: NE Iberia

APICA -0.176 -0.722 0.486 0.572 0.555 0.151 0.516

DMARK 0.358 0.734 -0.698 -0.441 -0.528 -0.386 -0.629

INTER -0.136 -0.655 0.493 0.535 0.718 0.144 0.484

VENTF 0.363 0.708 -0.595 -0.336 -0.225 -0.437 -0.602

VENTM 0.501 0.757* -0.766* -0.368 -0.459 -0.544 -0.716

PC1 0.329 0.789* -0.667 -0.509 -0.568 -0.354 -0.647

Local: High Ebro

APICA 0.195 -0.734 -0.172 0.709 0.762* -0.307 0.487

DMARK -0.219 0.762* 0.187 -0.753* -0.803* 0.337 -0.499

INTER 0.097 -0.676 -0.096 0.573 0.631 -0.196 0.483

VENTF -0.145 0.605 0.125 -0.552 -0.649 0.227 -0.400

VENTM -0.111 0.795* 0.091 -0.689 -0.700 0.239 -0.576

PC1 -0.173 0.775* 0.150 -0.720 -0.770* 0.291 -0.529

Results  

Page 22: V. latastei

Spatial  and  temporal  segregation  allows  coexistence  in  a  hybrid  zone  among  two  Mediterranean  vipers  (Vipera  aspis  and  V.  latastei)  

F.  Martínez-­‐Freiría,  M.  Lizana,  J.P.  do  Amaral  &  J.C.  Brito  (2010).    Amphibia-­‐Reptilia  31.  

Aim  #  4  

Ecological  traits  

Page 23: V. latastei

Diet    V.  aspis:  37  (181)      V.  latastei:  48  (172)        Hybrids:  28  (85)    4  categories:  invertebrates,  reptiles,  Soricomorpha  and  Rodentia.        χ2  tests      Indexes:  Levin,  Pianka        

   Micro-­‐habitat  –  Activity  

 -­‐  radio-­‐tracking  of  10  males  (4  V.  aspis,  3  V.  latastei  and  3  hybrids)      

 Micro-­‐habitat:  297  presences/absences    area  of  9m2    Logistic  regression  

     Activity,  3  indicators:    1)  %  of  active  males  2)  ratio  moved  length  /days  with  movement  (AMR)    3)  home  range  size,  using  KERNEL    

         ArcGis  9.2      χ2 tests        

 

Material  and  methods  

Page 24: V. latastei

Material  and  methods  Reproduction  

 -­‐  captured  and  road-­‐kills    -­‐  13  pregnant  females  (4  V.  aspis,  7  V.  latastei  and  2  hybrids)  

   Potential  fecundity,  effective  fecundity  and  reproductive  effort.    

   New-­‐borns:          

     Biometry  (SVL  and  Weight)      ANOVA  tests      Mortality  (NSB)        Moulting  traits  (NMAP  and  NWFS)          

       Frequency  of  reproduction      Test  de  χ2      Demography  

 Relative  abundance:  standardized  transects  (18.85km)      Mortality  on  roads  (3.62  km    around  transects)    χ2    tests    KIA’s    

 Ad-­‐hoc  observations  

Page 25: V. latastei

Results  –  diet  

       similar  niche  breadth        Levin’s  index  =  0.22  –  0.44  

   

 high  overlap  of  trophic  niche        Pianka’s  index  >  0.93  

       temporal  differences:            feeding  frequency  (VA  <  VL  <  HY)            feeding  period  (HY  <  VL  <  VA)  

   

 competition  for  preys    

     

     

   

    V. aspis V. latastei Hybrids Mollusca 0 2.17 3.57 Coleoptera 0 4.35 0

Invertebrates 0 4.17 3.57

Chalcides 5.41 6.52 14.29 Podarcis 0 2.17 0

Coronella 0 2.17 0 Vipera 2.7 2.17 0

Reptiles 8.11 14.58 10.71

Sorex 8.11 13.04 10.71 Crocidura 8.11 15.22 14.29

Soricomorpha 16.22 20.83 17.86

Microtus 43.24 32.61 42.86 Apodemus 32.43 17.39 25

Rodentia 75.68 60.42 67.86 Mammals 91.89 81.25 85.71

similar  preys

Page 26: V. latastei

V. aspis V. latastei Hybrids Spring

Bushes (β) 0.06** 0.17* - Rocks (β) 0.07*** 0.27* 0.11* Slope (β) - -2.87 - Trees (β) - 0.14 0.20* Constant -2.28 -9.87 -5.41 AUC 0.89 0.99 0.99 S.D. 0.04 0.01 0.01 CCR % train. pres. 82.86 95 94.74 % train. abs. 88.57 95 89.47 % test pres. 100 71.43 100 % test abs. 66.67 100 84.62 Total presences 47 27 51

Summer Bushes (β) 0.12* 0.1 0.07* Musgo (β) - 0.17 - Rocks (β) 0.08* - - Soil (β) - - 0.24* Trees (β) 0.13* - 0.05* Constant -7.46 -4.93 -4.45 AUC 0.94 0.98 0.94 S.D. 0.03 0.02 0.04 CCR % train. pres. 86.36 91.7 89.47 % train. abs. 81.82 91.7 84.21 % test pres. 57.14 59 100 % test abs. 71.43 100 66.67 Total presences 29 16 25

V. aspis V. latastei Hybrids Autumn Bushes (β) 0.22* 0.12* 0.18 Rocks (β) - - 0.13 Slope (β) 3.46* 4.81** - Trees (β) 0.08** - - Constant -15.65 -14.32 -7.9 AUC 0.97 0.97 0.99 S.D. 0.02 0.02 0.01 CCR % train. pres. 92 100 92.9 % train. abs. 88 90.9 92.9 % test pres. 62.5 91.67 100 % test abs. 87.5 75 100 Total presences 33 45 19

Similar  elements  during  most  part  of  the  annual  cycle:  bushes  and  rocks  

 Different  elements  in  some  seasons:  summer    Field  observations  à  different  locals  for  

hibernation    and  gestation.        

Results  –  micro-­‐habitat  selection  

competition  –  segregation  for  space  

Page 27: V. latastei

Significant  differences  

Home  range  size

Movement  rate  (AMR)  

Results  –  activity  patterns  

segregation  in  temporal  axis  

Page 28: V. latastei

V. aspis V. latastei Hybrids

Detected mating period APRIL APRIL MARCH

Minimum size of sexual maturation (mm) Females

Embryos or developed follicles 341 300 414

Mating or with reproductive behaviour 390 470 470

Males Mating or guarding females 395 400 440

Date of parturition AUG-SEP AUG-SEP AUG

V. aspis V. latastei Hybrids Fecundity

Avg nº follicles 7.39 (133 foll) 8.80 (88 foll) 8.80 (88 foll) S.D. 2.56 1.52 1.44 Avg nº embryos 5.75 (46 emb) 7.7 (77 emb) 5.6 (28 emb) S.D. 2.55 2.45 1.67 Avg reprod effort 0.59 0.74 0.79

S.D. 0.24 0.13 0.28

V. aspis V. latastei Hybrids Newborns traits

Avg SVL (mm) 165.86*** 152.42*** 157.58*** S.D. 11.09 7.85 19.36 Avg weight (g) 5.28 4.8 4.75 S.D. 0.88 0.87 1.28 Avg NSB 0.75* 0.94* 0.83* S.D. 0.44 0.23 0.39 Avg NMAP 0.61* 0.81* 0.50* S.D. 0.5 0.39 0.52 Avg NWFS 0.14** 0.00** 0.00** S.D. 0.36 0 0

V. aspis V. latastei Hybrids Frequency of reproduction (%) 2004* 63.2 65 80

2005* 11.1 20 14.3 2006* 18.2 35.3 26.7 Average 30.8 40.1 40.3

S.D. 28.23 22.88 34.92

Triennial  reproductive  cycle  Similar  traits  

Fecundity:  VL  >  VA  >HY  Reproductive  effort:  HY  >  VL  >  VA  

 

SVL:  VA  >  HY  >  VL        NSB:  VL>  HY  >  VA      NMAP:  VL  >  VA>  HY  NWFS:  VA  >  VL=  HY    

Results  –  reproductive  traits  

Hybrids  had  lower  fitness  

Page 29: V. latastei

Significant  differences    -­‐  Hybrids  were  more  abundant  

-­‐  Males  of  V.  aspis  were  less  abundant  

-­‐  Hybrids  had  low  mortality  

-­‐  Females  of  V.  latastei  had  high  mortality  

Results  –  demographic  traits  

Parental  species  had  disadvantages  Hybrids  had  a  good  performance  

Page 30: V. latastei

Hybridization  at  an  ecotone:  ecological  and  genetic  barriers  between  three  Iberian  vipers  

P.  Tarroso,  R.  Pereira,  F.  Martínez-­‐Freiría,  R.  Godinho  &  J.C.  Brito  (2014)  Mol  Ecol  23  

Aim  #  5  

Gene  flow  and  environmental    correlates  

Page 31: V. latastei

DNA  of  218  vipers:      210  nuDNA,  8  microsatellites    211  mitDNA,  2  RFLPs  

 Structure  2.3.3  

 cluster  membership  probabilities  (CMPs)    NewHybrids  à  hybrids  and  generation?      HybridLab  à  simulations  and  thresholds      ENMs:  Artificial  Neural  Networks  àSimapse      9  EGVs  

 CMPs  of  parental  taxa    SPCA  of  the  EGVs      

Material  and  methods  

Suitability maps were contrasted against nuDNA, mtDNA and morphological traits

Page 32: V. latastei

Cluster  membership  probabilities  (CMPs)    

 3  populations      Pop  1  à  V.  latastei                68    91  %  Pop  2  à  V.  aspis                87  87  %  Pop  3  à  V.  seoanei                13  100  %  

   

Results  –  population  structure  

Interpolation  of  genetic  affinity  (IDW)        

42  ind  with  admixed  ancestry;  41  VAxVL,  1  VLxVS;  none  F1  

mtDNA  à  mitochondrial  introgression    Pop  1  (VL)  à  4  ind  VA  mtDNA    Pop  2  (VA)  à  8  ind  VL  mtDNA    

Page 33: V. latastei

Results  –  environmental  analyses  

SPCA  of  the  EGVs      

strong  ecological  gradient  à  ECOTONE  

Suitable  areas  

Page 34: V. latastei

 EGVs  importance   Response  curves  

V.  seoanei

V.  aspis

V.  latastei

species  are  ecologically  divergent  

hybrids  mostly  occur  in  sub-­‐optimal  areas  to  parentals  

Results  –  environmental  analyses  

Page 35: V. latastei

Results  –  population  structure  +  environmental  analyses  mtDNA nuDNA morphology

high  spatial  concordance  among  traits  and  ENMs    most  hybrids  occur  in  unsuitable  areas  for  parentals  

Page 36: V. latastei

Vipera seoanei Vipera aspis

Vipera latastei

ALLOPATRY

DIFFERENT HABITAT à pre-mating BARRIER

SIMPATRY coexistance

Intermediate vipers

HYBRIDS

Vipera aspis

Vipera latastei

ADAPTATION Morphological convergence

HIBRIDIZATION

Eurosiberian Mediterranean

Page 37: V. latastei

HYBRIDS

Vipera aspis

Vipera latastei Interspecific competition

(habitat, micro-habitat and diet)

Niche segregation (spatial and temporal)

PARENTAL à disadvantages

HYBRIDS à dis- // advantages

BALANCE population dynamics

ECOTONE

limitation to spread

suboptimal for parental taxa

SIMPATRY

coexistence

Ecological segregation as barrier to gene flow

endogenous / exogenous selection??

Page 38: V. latastei

§ Co-­‐authors  of  the  works:  J.C.  Brito,  P.  Tarroso,  X.  Santos,  J.M.  Pleguezuelos,  N.  Sillero,  J.P.  de  Amaral,  M.  Lizana,  R.  Pereira,  R.  Godinho.  

§  Family  and  friends.  

§ Asociación  Socio-­‐cultural  Hoces  del  Alto  Ebro  y  Rudrón  (Burgos,  Spain).  

§ Pre-­‐doctoral  grant  AP2003-­‐2633  from  Ministerio  de  Educación,  Cultura  y  Deporte  (Spain).  

§ Post-­‐doctoral  grant  SFRH/BPD/109119/2015  from  FCT  (Portugal)  

§ Project  POCTI⁄∕BIA-­‐BDE⁄∕55596⁄∕2004  from  Fundacâo  para  a  Ciência  e  Tecnologia  (FCT,  Portugal).  

§ Project  18.JCY4  463A.C.03  from  Junta  de  Castilla  y  León    (Spain).