Environmental niche divergence among three dune shrub sister species with parapatric distributions

Abstract

Antecedentes y objetivos Las distribuciones geográficas de las especies están limitadas por sus requisitos ecológicos. El objetivo de este trabajo fue analizar los efectos de las condiciones ambientales, los eventos históricos y las restricciones biogeográficas en la diversificación de las tres especies del género de arbustos del Mediterráneo occidental Stauracanthus, que tienen una distribución parapátrica en la Península Ibérica.

Métodos Se utilizaron análisis de factores de nicho ecológico y modelos lineales generalizados para medir la respuesta de todas las especies de Stauracanthus a los gradientes ambientales y mapear sus distribuciones potenciales en la Península Ibérica. El solapamiento bioclimático del nicho entre las tres especies se determinó utilizando el índice de Schoener. La diferenciación genética de las poblaciones ibéricas y del norte de África de las especies de Stauracanthus se caracterizó con GenalEx. Los efectos sobre las distancias genéticas de los factores ambientales más importantes se evaluaron mediante pruebas de Mantel y escalas multidimensionales no métricas.

Resultados clave Las tres especies de Stauracanthus muestran respuestas notablemente similares a las condiciones climáticas. Esto apoya la idea de que todos los miembros de este clado recientemente diversificado conservan las adaptaciones comunes al clima y, por consiguiente, los altos niveles de nicho climático se superponen. Esto contrasta con los diversos requisitos edáficos de las especies de Stauracanthus. Las poblaciones de S. genistoides-spectabilis clade crecen en suelos sedimentarios de textura fina Mioceno y Plioceno, mientras que S. boivinii, la especie más distante genéticamente, se encuentra en sustratos sedimentarios más antiguos y de textura más gruesa. Estos patrones de diversificación son en gran medida consistentes con un proceso estocástico de expansión y fragmentación del rango geográfico unido a una evolución de nicho en el contexto de fluctuaciones ambientales espacialmente complejas.

Conclusiones: El análisis combinado de la distribución, el nicho ambiental realizado y las relaciones filogeográficas de las especies parapátricas propuestas en este trabajo permite la integración de los procesos biogeográficos, ecológicos y evolutivos que impulsan la evolución de las adaptaciones de las especies y cómo determinan sus rangos geográficos actuales.

Background and Aims The geographical distributions of species are constrained by their ecological requirements. The aim of this work was to analyse the effects of environmental conditions, historical events and biogeographical constraints on the diversification of the three species of the western Mediterranean shrub genus Stauracanthus, which have a parapatric distribution in the Iberian Peninsula. Methods Ecological niche factor analysis and generalized linear models were used to measure the response of all Stauracanthus species to the environmental gradients and map their potential distributions in the Iberian Peninsula. The bioclimatic niche overlap between the three species was determined by using Schoener's index. The genetic differentiation of the Iberian and northern African populations of Stauracanthus species was characterized with GenalEx. The effects on genetic distances of the most important environmental drivers were assessed through Mantel tests and non-metric multidimensional scaling. Key Results The three Stauracanthus species show remarkably similar responses to climatic conditions. This supports the idea that all members of this recently diversified clade retain common adaptations to climate and consequently high levels of climatic niche overlap. This contrasts with the diverse edaphic requirements of Stauracanthus species. The populations of the S. genistoides–spectabilis clade grow on Miocene and Pliocene fine-textured sedimentary soils, whereas S. boivinii, the more genetically distant species, occurs on older and more coarse-textured sedimentary substrates. These patterns of diversification are largely consistent with a stochastic process of geographical range expansion and fragmentation coupled with niche evolution in the context of spatially complex environmental fluctuations. Conclusions: The combined analysis of the distribution, realized environmental niche and phylogeographical relationships of parapatric species proposed in this work allows integration of the biogeographical, ecological and evolutionary processes driving the evolution of species adaptations and how they determine their current geographical ranges