Os lagostins de água doce da América do Sul (Crustacea: Decapoda: Parastacidae) : modelagem de distribuição e diversidade genética

Abstract

Os lagostins de água doce são crustáceos encontrados em várias regiões do mundo, com a ocorrência das famílias Astacidae e Cambaridae no hemisfério norte e Parastacidae no hemisfério sul. Os parastacídeos estão distribuídos em quase todos continentes, com a exceção da Antártida e o continente africano. Na América do Sul são conhecidas 16 espécies, pertencentes a três gêneros: Virilastacus Hobbs 1991, Samastacus Riek 1971 e Parastacus Huxley 1879, que podem ocupar ambientes permanentes e temporários. Embora existam informações sobre riqueza de espécies, distribuição e biologia, os dados são insuficientes. Assim, o primeiro capítulo traz a atualização dos dados sobre a distribuição e o reconhecimento de registros de espécies simpatria e sintopia para as espécies sulamericanas. A caracterização dos habitats ocupados pelos lagostins foi também realizada, mas somente para as espécies da porção Atlântica do continente. Os dados de ocorrência foram compilados das coleções zoológicas (CZ), da literatura publicada e das amostragens na região sul do Brasil (Rio Grande do Sul - RS e Santa Catarina - SC). No total, foram obtidos 51 novos registros de ocorrência para América do Sul; incluindo a presença de Parastacus fluviatilis Ribeiro & Buckup, 2016 no lugar mais alto do RS e a captura de P. saffordi Faxon, 1898 quase quatro décadas após a revisão taxonômica do gênero Parastacus. A ocorrência de espécies em simpatria e sintopia foi confirmada, destacando o registro inédito de quatro espécies em um buffer < 5 km no Chile. Os dados obtidos neste estudo representam um avanço sobre o conhecimento da distribuição e a ocupação do habitat, podendo ser usados para melhorar a precisão da avaliação dos riscos de extinção, por exemplo. As ameaças à sobrevivência dos lagostins de água doce na América do Sul são numerosas e estão relacionadas aos impactos diretos na estrutura do hábitat, como poluição, canalização de cursos d’água e drenagem de áreas úmidas. Entretanto, uma potencial e silenciosa ameaça não tem sido considerada, que são as mudanças climáticas ao longo da distribuição das espécies. O segundo capítulo utilizou o conhecimento atual da ocorrência das espécies para projetar os efeitos das mudanças climáticas sobre a distribuição delas. As principais alterações estimadas foram expansão ou redução do tamanho da área geográfica em dois cenários: atual e 2070. Os dados de ocorrência contabilizaram 216 locais de presença que foram reunidos em quatro grupos: aquáticos, semiaquáticos, semiterrestres Atlântico e semiterrestres Pacífico. O desempenho dos modelos foi avaliado de bom a ótimo e a adequabilidade das áreas no cenário atual foi < 100.000 km² para todos os grupos. A temperatura foi a variável que mais contribuiu para a construção dos modelos (presente e futuro). Potencialmente, esta variável foi responsável pela expansão da área de distribuição das espécies em 2070. Assim, os lagostins apresentaram uma tendência à ocupação de regiões mais altas e menos impactadas pelas ações humanas. Portanto, sugerimos que a atenção seja voltada à conservação das espécies dos grupos semiterrestres da porção Atlântico e do Pacífico. As áreas ocupadas pelas espécies apresentaram alta complexidade ambiental e diferentes níveis de fragmentação. Além disso, as zonas úmidas tendem a desaparecer mais rápido, devido às interferências do clima na dinâmica dos ecossistemas de água doce. Diante das potenciais modificações do hábitat das espécies e a perda recente de áreas dentro da distribuição dos lagostins, a caracterização genética das populações traz uma nova abordagem sobre a fauna e a conservação dos organismos. Dessa forma, o terceiro capítulo investiga a diversidade genética intraespecífica de Parastacus brasiliensis (von Martens 1869) no sul do Brasil. A reconstrução filogenética foi utilizada para identificar a diversidade críptica a partir de marcadores mitocondriais e nucleares. As análises indicaram a existência de cinco unidades evolutivas e somente uma pode ser considerada como Parastacus brasiliensis sensu stricto. A distância genética entre P. brasiliensis sensu stricto e as demais linhagens “A”, “B” e “C” aumenta com distância geográfica, sugerindo que o isolamento por distância pode ser um importante fator de diversificação e eventualmente especiação para os lagostins escavadores. Além disso, uma das quatro linhagens corresponde à subespécie Parastacus brasiliensis promatensis Fontoura & Conter 2008, que foi elevada para o nível de espécie. De acordo com esta pesquisa, P. brasiliensis ocorre principalmente na Bacia do Lago Guaíba. As populações estudadas no Guaíba I e Guaíba II apresentaram conectividade e fluxo gênico limitado, provavelmente devido à fragmentação do habitat. Com base nos dados de distribuição e genética, o estado de conservação de P. brasiliensis foi estabelecido como Quase Ameaçada - “Near Threatened”, conforme a IUCN. Estes resultados nos encorajam a propor uma área de preservação para a população isolada do Guaíba II e enfatiza a importância de preservar estes distintos “pools” para a manutenção da diversidade genética desta espécie. O conhecimento limitado sobre os lagostins de água doce e os efeitos das ações antrópicas sobre as populações, reforçam a importância da continuidade de investigações desse cunho. Outras abordagens podem ser conduzidas a partir dos dados gerados nesta tese como ponto de partida, utilizando os lagostins como uma ferramenta de análise da paisagem, mudanças climáticas e urbanização.

Freshwater crayfishes are crustaceans found in several regions of the world, with the occurrence of the Astacidae and Cambaridae families in the northern hemisphere and Parastacidae in the southern hemisphere. Parastacids are distributed on almost all continents except Antartida and the African continent. In South America 16 species belonging to three genera are known: Virilastacus Hobbs 1991, Samastacus Riek 1971 e Parastacus Huxley 1879, which could occupy permanent and temporary environments. Although there is information on species richness, distribution and biology, the data are insufficient. Thus, the first chapter brings an update on the distribution of crayfishes in South America and the recognition of sympatry and sintopy records. The characterization of the occupied habitat by crayfishes was also carried out, but only for the species that occur in Atlantic portion. Occurrence data were compiled from the records of zoological collections (ZC), literature and samplings performed in southern Brazil (states of Rio Grande do Sul - RS and Santa Catarina – SC). In total, 51 new occurrence records were obtained; including the presence of Parastacus fluviatilis Ribeiro & Buckup, 2016 at the highest place on RS and the capture of P. saffordi Faxon, 1898 almost four decades after the last taxonomic revision of Parastacus. Species occurring in sympatry and sintopy were confirmed, highlighting unpublished record of four species within a buffer < 5 km in Chile. Therefore, the data obtained in this study represent an advance on the knowledge of distribution and habitat occupation, which could be used to improve the precision of extinction risk assessments, for example. The threats to the survival of freshwater crayfish from South America are numerous and closely related to impacts in habitat structure, such as pollution, watercourse canalization and wetland drainage. Nevertheless, a potential and silent threat has not been considered: the climate changes along the species’ distribution. The second chapter used the current knowledge on species occurrence to project the effects of climate changes on distribution. The main alterations estimated were the expansion or reduction in the size of geographical ranges in two scenarios: present and 2070. Occurrence data accounted 216 presence sites that were gathered in four groups: aquatic, semi-aquatic, Atlantic semi-terrestrial and Pacific semi-terrestrial. The model performance was evaluated from good to optimal and suitable areas in the present scenario were < 100, 000 km² for all groups. Temperature was the variable that most contributed for the building of models (present and future). It was potentially, responsible for the expansion of the species’ distribution area in 2070. Thus, crayfishes show a tendency to occupy higher regions that are less disturbed by human actions. Therefore, we suggest that immediate attention must be paid to the conservation of the Atlantic and Pacific semi-terrestrial groups. Areas occupied by these species presented high environmental complexity and different levels of fragmentation. In addition, wetlands tend to disappear faster due to climate influences on the dynamic of freshwater ecosystems. In the face of potential modifications to the species’ habitats and the recent loss of areas within the current crayfish distribution, the genetic characterization of populations brings a new approach to the study of fauna and the conservation of organisms. Thus, the third chapter investigates the intraspecific genetic diversity of Parastacus brasiliensis (von Martens 1869) in South America. Phylogenetic reconstructions based on mitochondrial and nuclear markers were used to identify cryptic diversity. Analyses indicated the existence of five evolutionary significant units and only one can be considered as P. brasiliensis sensu stricto. Genetic distances among P. brasiliensis sensu stricto and the remaining lineages “A”, “B” and “C” increase with geographical distances, suggesting isolation by distance as an important driver of diversification and eventual speciation in these burrowing crayfishes. In addition, one of the other four units corresponds to the subspecies Parastacus brasiliensis promatensis Fontoura & Conter 2008, which is here elevated to species level. According to this study, P. brasiliensis occurs mainly in the Guaíba Lake basin. The studied populations Guaíba I and II show limited connectivity and gene flow, probably due to habitat fragmentation. Based on genetic and distribution data, the conservation status of P. brasiliensis as Near Threatened (NT) has been confirmed, according to IUCN. These findings lead us to encourage the establishment of a preservation area for the isolated Guaíba II population and to highlight the importance of preserving these distinct gene pools in order to maintain species genetic diversity. The restricted knowledge on freshwater crayfishes and the effects of anthropic actions on populations reinforces the importance of these investigations. Other approaches could be conducted with the data generated in this thesis as a starting point, using crayfish distribution as a tool for landscape, climate change and urbanization analysis.