UNIVERSIDAD SAN FRANCISCO DE QUITO USFQ a Preliminary View Of
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UNIVERSIDAD SAN FRANCISCO DE QUITO USFQ Colegio de Ciencias Biológicas y Ambientales A preliminary view of the biogeography, phylogeography and ecology of freshwater shrimps (Atyidae) from Isla San Cristóbal, Galápagos Archipelago Proyecto de Investigación . Alejandra Abigail Suárez Guerrón Biología Trabajo de titulación presentado como requisito para la obtención del título de Licenciatura en Biología, concentración en Biología Marina Quito, 29 de julio de 2019 UNIVERSIDAD SAN FRANCISCO DE QUITO USFQ COLEGIO DE CIENCIAS BIOLÓGICAS Y AMBIENTALES HOJA DE CALIFICACIÓN DE TRABAJO DE TITULACIÓN A preliminary view of the biogeography, phylogeography and ecology of freshwater shrimps (Atyidae) from Isla San Cristóbal, Galápagos Archipelago Alejandra Abigail Suárez Guerrón Calificación: Nombre del director, Título académico Andrea Encalada, Ph.D Firma Nombre del co-director, Título académico Juan Guayasamín, Ph.D Firma Quito, 29 de julio de 2019 3 Derechos de Autor Por medio del presente documento certifico que he leído todas las Políticas y Manuales de la Universidad San Francisco de Quito USFQ, incluyendo la Política de Propiedad Intelectual USFQ, y estoy de acuerdo con su contenido, por lo que los derechos de propiedad intelectual del presente trabajo quedan sujetos a lo dispuesto en esas Políticas. Asimismo, autorizo a la USFQ para que realice la digitalización y publicación de este trabajo en el repositorio virtual, de conformidad a lo dispuesto en el Art. 144 de la Ley Orgánica de Educación Superior. Firma del estudiante: _______________________________________ Nombres y apellidos: Alejandra Abigail Suárez Guerrón Código: 00129089 Cédula de Identidad: 1753247780 Lugar y fecha: Quito, 29 de julio de 2019 4 RESUMEN Las islas Galápagos representan a nivel mundial un excelente escenario para el estudio de los procesos evolutivos y ecológicos debido a su aislamiento geográfico. La fauna de los ecosistemas de agua dulce en el archipiélago ha sido poco estudiada pese a sus singulares procesos de colonización y evolución influenciada por las características geológicas de las islas. Bajo este contexto, se desconoce sobre los camarones de agua dulce pertenecientes a la familia Atyidae, quienes tienen funciones ecológicas claves en los ecosistemas lóticos. Esta investigación busca proporcionar una perspectiva evolutiva, biogeográfica, taxonómica y ecológica de las especies de camarón existentes en la Islas San Cristóbal. Se plantea la hipótesis de que las islas y las zonas continentales cercanas al archipiélago podrían ser los lugares que proporcionan las especies ancestrales que colonizaron el área. Para lograr estos objetivos, se muestreó 6 arroyos en la isla San Cristóbal, y se identificó los taxa según la morfología y ADN. Los resultados morfológicos sostienen la existencia de tres géneros (Australatya, Atya and Archeatya) mientras que la genética resulta en solo dos clados presentes en la isla. Los riachuelos de la Isla San Cristóbal tienen una química característica debido a su origen volcánico y estas condiciones distintivas podrían haber influenciado en la evolución de nuevos taxones. Los arroyos de San Cristóbal se caracterizaron por un bajo caudal y altos valores de turbidez. Todos los arroyos mostraron una gran riqueza química, así como grandes variaciones entre sus componentes, causadas principalmente por las características volcánicas de la isla. Las variables ambientales más importantes para la abundancia de Atyidae fueron caudal, turbidez, rocas de sustrato de tamaño mediano y materia orgánica particulada fina, ya que estas pueden afectar algunas funciones biológicas de los camarones. Las condiciones adecuadas para los camarones Atyidae también incluyen la presencia de calcio, magnesio, potasio y sodio. En el aspecto biogeográfico, la información morfológica y genética es aún escasa, y se necesitan estudios más profundos para comprender los procesos de colonización y evolución en la isla, sin embargo está claro que hubo dos colonizaciones independientes de Atyidae. La química distintiva de los arroyos de San Cristóbal pudo resultar en la evolución de nuevos taxones. Palabras clave: camarones, arroyos, islas, Atyidae, filogeografía, colonización, evolución, Australatya, Atya, Archeatya. 5 ABSTRACT The Galápagos Islands are worldwide considered as a model system for the study of evolutionary and ecological processes because of their geographical isolation and recent Island formation processes. The fauna of freshwater ecosystems in the archipelago has been little studied despite its unique processes of colonization and evolution influenced by the geological characteristics of the islands. In this context, the information we currently have about freshwater shrimps of Atyidae family is even more limited. This research seeks to provide an evolutionary, biogeographic, taxonomic, and ecological perspective of existing shrimp species at San Cristóbal Island. It was hypothesized that the islands and the continental zones near the archipelago could be the places that provide the ancestral species that colonized the area. To achieve these objectives, 6 streams in San Cristóbal Island were sampled; shrimps were identified according to morphology and DNA. Morphological results support the existence of tree genera (Australatya, Atya and Archeatya), while genetics reports only two taxonomic clades present on the island. San Cristóbal´s streams were characterized by low dynamic flow and high turbidity values. All the streams showed a large chemical richness, as well as great variations among their components, mainly caused by the volcanic feature of the island. The most important environmental variables for Atyidae abundance were flow, turbidity, cobble and fine particulate organic matter percentages as they can affect some biological functions of shrimps. Suitable conditions for Atyidae shrimps also include calcium, magnesium, potassium and sodium presence. In the biogeographical aspect, morphological and genetic information is still scarce, and deeper studies are needed to understand the processes of colonization and evolution on the island; however it is clear that there have been two independent colonizations of Atyidae. The distinctive chemistry of San Cristóbal´s streams could result on the evolution of new taxa. Key words: shrimps, streams, islands, Atyidae, phylogeography, colonization, evolution, Australatya, Atya, Archeatya. 6 TABLE OF CONTENT INTRODUCTION .................................................................................................................................. 9 METHODOLOGY ............................................................................................................................... 15 RESULTS ............................................................................................................................................. 22 DISCUSSION ....................................................................................................................................... 29 RECOMMENDATIONS ...................................................................................................................... 37 REFERENCES ..................................................................................................................................... 38 APPENDICES ...................................................................................................................................... 45 7 LIST OF TABLES AND APPENDICES Table 1. Geographic information of the study sites ...................................................................... 16 Appendix 1. Individual sequence information data .............................................................................. 45 Appendix 2. Mean and standard deviation of environmental variables of streams from San Cristóbal Island ..................................................................................................................................... 48 Appendix 3. QBR and IHF punctuation of study streams .................................................................... 48 Appendix 4.Mean of organic matter and flow measurements ............................................................. 49 Appendix 5. Substrate composition of study sites ....................................................................... 49 Appendix 6. Mean and standard deviation of chemical variables of streams ........................... 50 Appendix 7. Summary results of one-way ANOVA for physiochemical data ......................... 51 Appendix 8. Guanidine Thiocynate protocol for DNA Extraction .................................................... 53 Appendix 9. FPOM Processing Protocols .......................................................................................... 55 Appendix 10. Cluster with biological information and streams .................................................. 57 Appendix 11.Multiple correlations between shrimps (of differente taxa) and environmental factors ................................................................................................................................................... 58 Appendix 12. Mean concentration of environmental variables .................................................. 64 Appendix 13. Concentrations of chemical elements .................................................................... 65 Appendix 14. Continuation of concentrations of chemical elements ........................................66 8 LIST OF FIGURES Figure 1. Map of Galápagos Archipelago