EVOLUCIÓN DEL NICHO CLIMÁTICO Y DE RASGOS FUNCIONALES EN EL GÉNERO NEOTROPICAL DISYUNTO AZARA RUIZ & PAV. Tesis Entregada A La Universidad De Chile En Cumplimiento Parcial De Los Requisitos Para Optar Al Grado De Doctor en Ciencias Biológicas, mención Ecología y Biología Evolutiva. Facultad De Ciencias Por Paz Nicole Montenegro Urbina Noviembre, 2018 Director de Tesis Dr: Luis Felipe Hinojosa Opazo Co-Director de Tesis Dra: María Fernanda Pérez Trautmann. FACULTAD DE CIENCIAS UNIVERSIDAD DE CHILE INFORME DE APROBACION TESIS DE DOCTORADO Se informa a la Escuela de Postgrado de la Facultad de Ciencias que la Tesis de Doctorado presentada por la candidata. Paz Nicole Montenegro Urbina Ha sido aprobada por la comisión de Evaluación de la tesis como requisito para optar al grado de Doctor en Ciencias Biológicas Ecología y Biología Evolutiva, en el examen de Defensa Privada de Tesis rendido el día 1 de Octubre, 2018. Director de Tesis: D r. Luis Felipe Hinojosa Opazo............... Co- Director de Tesis Dra. Ma Fernanda Pérez Trautmann............. Comisión de Evaluación de la Tesis Dr. Marco Méndez ......................... Dr. Ramiro Bustamante ......................... Dr. Lohengrin Cavieres ......................... A mis hijos Florencia y Leonardo: Nunca pierdan la curiosidad ii RESUMEN BIOGRÁFICO Soy Paz Nicole Montenegro Urbina. Nací el 3 de Abril, 1985 en la VI Región, Chile, donde también recibí mis estudios Básicos y de Educación Media. Pregrado de mi educación superior lo realicé en la Facultad de Ciencias en Universidad de Chile, obteniendo el grado de Licenciado en Ciencias, mención en Biología. Realicé un Magíster en Ciencias, mención Ecología y Biología Evolutiva, en la misma Universidad, donde comencé a interesarme por la respuesta de la biota frente al cambio climático. Mi intención es continuar esta línea de investigación una vez terminado el Doctorado. iii AGRADECIMIENTOS Esta tesis fue financiada por CONICYT a través de la beca de estudios doctorado nacional y beca de apoyo de realización de tesis doctoral n° 21110794, por IEB proyectos ICM P05-002 y PBF-23 e IEB AFB170008 (PIA, CONICYT), al proyecto Anillo ACT172099 (PIA, CONICYT) y a los proyectos FONDECYT N° 1150690-1171369-1141047. A CONAF por permitir la colecta de muestras en áreas protegidas gracias a la autorización n° 002/2014. Quisiera agradecer a mis tutores, Felipe Hinojosa y Fernanda Pérez por el apoyo, empuje y la ayuda material e intelectual que permitieron llevar a cabo este estudio. A la comisión revisora de la Tesis: Marco Méndez, Ramiro Bustamante y Lohengrin Caviedes por sus valiosas observaciones que hicieron de éste un mejor trabajo. A quienes me ayudaron y acompañaron en las campañas de colecta: Carmen Gloria Ossa, Maureen Murúa, Benito Rosende, Felipe Vera, Nicolás Lavandero, Gabriela Jolochin, Andrés González y Mauricio Cisternas. A Gioconda Peralta y Loreto Carrasco por su invaluable ayuda en el Laboratorio de Diversidad Molecular. Por enseñarme a utilizar los equipos y permitirme utilizar espacio para obtener secuencias de ADN y, por sobre todo, la disposición a enseñar y a ayudar frente a cualquier problema. Agradezco nuevamente a Carmencha por enseñarme a obtener los datos de los rasgos funcionales y en especial por su amistad y su contención emocional que me ayudó a seguir y no abandonar. A quienes me ayudaron con el análisis de los datos y me ofrecieron ayuda desinteresadamente: Darko Cotoras, Paulina Ossa, Nataly Glade, Alejandra Vidal, Federico Haretche, Hugo Ayarde y María José Dibán. A Juan Pablo Pino por guiarme entre los fósiles foliares del Sur de Sudamérica. Agradezco a Verónica Levín por su incalculable ayuda y trabajo, siendo un salvavidas de organización en un mar de muestras y datos. A Javiera Chinga, Nicolás Venegas, Nicolás Sáez, Isabel Mujica, Paula Núñez, Isidora Sepúlveda y Daniela Aros por su amistad e interesantes conversaciones de ciencia y la vida. A Alexandra Elbakyan, por su incalculable ayuda en el desarrollo de este y otros trabajos. A mi familia extendida y amigos, por todo el apoyo y cariño. A mi compañero de la vida, Ignacio Energici, por su apoyo ilimitado frente a cualquier problema y por ser el ayudante de terreno incondicional. Finalmente, agradezco a mi hija Florencia Energici, por enseñarme a ser eficiente en el uso del tiempo. Y a ti, hijo(a) que vienes en camino, junto con tu hermana, por ser las razones más grandes para sonreír y trabajar por un futuro mejor. iv INDICE DE MATERIAS Lista de abreviaturas VIII Resumen/Abstract XI Introducción General 1 Hipótesis 6 Objetivos 7 Modelo de Estudio 8 Referencias 10 Tablas 14 Figuras 16 Capítulo I 19 Hipótesis Filogenética de Azara y reconstrucción de área ancestral Introducción 20 Materiales y métodos 24 Resultados 31 Discusión 35 Referencias 38 Tablas 46 Figuras 48 v Capítulo II 55 Reconstrucción y evolución del nicho climático de Azara Introducción 56 Materiales y métodos 60 Resultados 64 Discusión 66 Referencias 70 Tablas 78 Figuras 82 Capítulo III 85 Evolución y correlación de rasgos funcionales según variables climáticas Introducción 86 Materiales y métodos 91 Resultados 97 Discusión 102 Referencias 105 Tablas 112 Figuras 120 Conclusiones Generales 127 Conclusiones 127 vi Anexo I 131 Descripción de las especies de Azara Azara alpina 132 Azara celastrina 133 Azara dentata 134 Azara integrifolia 135 Azara lanceolata 136 Azara microphylla 137 Azara petiolaris 138 Azara salicifolia 139 Azara serrata 140 Azara uruguayensis 141 Anexo II 142 Protocolo de extracción y purificación de ADN genómico Extracción 143 Purificación 144 vii LISTA ABREVIATURAS CNF: Conservatismo de Nicho Filético Ma: millones de años m: metros cm: centímetros mm: milímetros Km: kilómetros gr: gramos Kg: kilogramos ng: nanogramos pb: pares de bases L: microlitros MPa: mega pascales ° C: grados Celsius ADN: ácido desoxirribonucleico InDel: Inserción-Deleción CTAB: Bromuro de Cetil-trimetilamonio UV: luz ultravioleta cpADN: ADN cloroplastidial nADN: ADN nuclear MP: Máxima Parsimonia MV: Máxima Verosimilitud IB: Inferencia Bayesiana AIC: Criterio de Información de Akaike AICw: Criterio de Akaike ponderado MCC: credibilidad de clado máxima viii MRCA: ancestro común más reciente ENM: Modelo de nicho climático AUC: curva característica del receptor Bio1: Temperatura media anual Bio2: Promedio rango diurno Bio3: Isotermalidad Bio4: Estacionalidad de a temperatura Bio5: Temperatura máxima del mes más cálido Bio6: Temperatura mínima del mes más frío Bio7: Rango anual de temperatura Bio8: Promedio de temperatura del cuarto más húmedo Bio9: Promedio de temperatura del cuarto más seco Bio10: Promedio de temperatura del cuarto más cálido Bio11: Promedio de temperatura del cuarto más frío Bio12: Precipitación anual Bio13: Precipitación del mes más húmedo Bio14: Precipitación del mes más seco Bio15: Estacionalidad de la precipitación Bio16: Precipitación del cuarto más húmedo Bio17: Precipitación del cuarto más seco Bio18: Precipitación del cuarto más cálido Bio19: Precipitación del cuarto más frío PNO: Ocupación de nicho predicho. Wmean: medias ponderadas de PNO : Lambda, señal filogenética de Pagel MDI: índice de disparidad morfológica BM: Movimiento Browniano OU: Ornstein-Uhlenbeck WN: Ruido blanco ix TLP: Potencial hídrico al punto de pérdida de turgor 0: Potencial osmótico en máximo turgor : módulo de elasticidad RWCTLP: contenido relativo de agua al punto de pérdida de turgor LMA: relación peso seco/área foliar MLA: promedio tamaño foliar SD: densidad estomática kh: conductividad hidráulica KS: conductividad hidráulica específica LSC: conductividad foliar específica WD: densidad de la madera VDi: densidad de los vasos VD: diámetro promedio de los vasos HV: Valor Huber CCA: Análisis de correlación canónica x RESUMEN Estudios filogenéticos sugieren que los nichos climáticos de los linajes se conservan más de lo esperado, implicando que adaptaciones a condiciones climáticas novedosas no pueden ser alcanzadas por todos los linajes debido a restricciones morfológicas, fisiológicas o de desarrollo de los rasgos que permiten adaptación local a condiciones climáticas cambiantes (rasgos funcionales). Se ha propuesto que es más fácil moverse que cambiar, es decir, si existen corredores, las especies tenderán a conservar su nicho climático ocupando áreas para las cuales ya poseen los rasgos funcionales que le permiten sobrevivir. Por otro lado, si no existen estos corredores, los linajes locales aislados sufren fuertes presiones selectivas a desarrollar adaptaciones in situ, o de lo contrario, extinguirse. Sudamérica ha sido escenario de fuertes cambios geológicos y climáticos los últimos 70 Ma. Se ha propuesto que, desde el Cretácico, el continente pasó de condiciones climáticas macrotermales con altas precipitaciones a desarrollar condiciones meso/microtermales en latitudes medias y altas, presentando estacionalidad de precipitación en algunas zonas a partir del Mioceno debido a al levantamiento de los Andes y el establecimiento de la Diagonal Árida. En esta tesis se evaluó la labilidad del nicho climático del género neotropical de distribución disyunta Azara. Las 10 especies del género habitan en un macroclima mesotermal, donde algunas de ellas están sometidas a fuerte estrés hídrico. Se construyó una hipótesis filogenética del género para determinar la evolución del nicho climático a través de modelos computacionales y analizó la labilidad de rasgos funcionales como expresión fenotípica de la evolución del nicho climático de las distintas especies dentro del género. Los resultados indican que