EVOLUTION  OF  THE  THERMAL  NICHE    AND  ITS  IMPACT  ON  BIODIVERSITY  PATTERNS  

IN  SEAWEEDS    

Heroen  Verbruggen  Vanessa  Marcelino  Lennert  Tyberghein  Olivier  De  Clerck  

h;p://www.bio-­‐oracle.ugent.be  

Bio-­‐ORACLE  Ocean  Rasters  for  Analysis  of  Climate  and  Environment  

Tyberghein  et  al.  (2012)  Global  Ecol.  Biogeogr.  21:  272-­‐281  

algal  collecLons  

environmental  datasets:  

Bio-­‐ORACLE  

algal  collecLons  

environmental  datasets:  

Bio-­‐ORACLE  

mulL-­‐gene  alignment  

DNA  sequencing  

species  tree  

phylogeneLc  inference  

algal  collecLons  

environmental  datasets:  

Bio-­‐ORACLE  

mulL-­‐gene  alignment  

DNA  sequencing  

species  tree  

phylogeneLc  inference  

geographic  coordinates  

accurate  idenLficaLons  

georeferencing  

DNA  barcoding  

algal  collecLons  

environmental  datasets:  

Bio-­‐ORACLE  

mulL-­‐gene  alignment  

DNA  sequencing  

species  tree  

phylogeneLc  inference  

geographic  coordinates  

accurate  idenLficaLons  

environmental  affiniLes  of  species  

georeferencing  

DNA  barcoding  

GIS  data  extracLon  

species  tree  

environmental  affiniLes  of  species  

species  tree  

environmental  affiniLes  of  species  

diversificaLon  models  

Result:  

speciaLon-­‐exLncLon  dynamics  

species  tree  

environmental  affiniLes  of  species  

diversificaLon  models  

Result:  

speciaLon-­‐exLncLon  dynamics  

Result:  

evoluLonary  changes  in  environmental  affiniLes  

trait  evoluLon  models  

species  tree  

environmental  affiniLes  of  species  

diversificaLon  models  

Result:  

speciaLon-­‐exLncLon  dynamics  

Result:  

evoluLonary  changes  in  environmental  affiniLes  

Result:  

environmental  correlates  of  speciaLon-­‐exLncLon  

diversificaLon  models  

trait  evoluLon  models  

Halimeda  –  species  diversity  map  

map  by  Tom  Schils  

SST  affiniLes  modeled  along  tree  

C1   C2   C3   C4   C5  

Verbruggen  et  al.  (2009)  Global  Ecol.  Biogeogr.  18:  393-­‐405  

How  does  evolvability  of  thermal  niches  come  about?  

Marcelino  et  al.  –  unpublished  

Halimeda  –  microhabitat  evoluLon  

Exposed  microhabitat   Sheltered  microhabitat  

Marcelino  et  al.  –  unpublished  

Microhabitat  specializaLon  as  exaptaLon  for  macroecological  shi`s  

sheltered   exposed  

Can  niche  evoluLon  explain  geographical  pa;erns  of  diversity?  

low

high

Ti;ensor  et  al.  (2010)  Nature  466:  1098-­‐1107      —      Jablonski  et  al.  (2006)  Science  314:  102-­‐106  

The  notorious  LDG  

Decreasing  species  diversity  from  tropics  to  poles  

Many,  many,  MANY  explanaLons  proposed    

EvoluLonary  perspecLve:  species  turnover  

Kerswell  (2006)  Ecology  10:  2479-­‐2488  

Bimodal  laLtudinal  diversity  pa;ern  

Highest  diversity  in  temperate  regions  

Do  the  same  evoluLonary  processes  hold?  

…but  for  seaweeds  

LDG  and  diversificaLon  

sea  surface  temperature  

diversificaLo

n  

diversificaLo

n  

cold   warm  

sea  surface  temperature  

cold   warm  int.   int.  

cold   int.   warm   int.   cold   cold   int.   warm   int.   cold  

λ  =  sigmoid  (  SST  )   λ  =  hump  (  SST  )  

Codium  -­‐  Species  diversity  map  

map  by  Tom  Schils  

Codium  –  evoluLon  of  SST  affiniLes  C1   C2   C3  

Verbruggen  et  al.  –  unpublished  

λ  =  constant  

SST  affinity  of  lineage  

Codium  –  diversificaLon  and  SST  

2,500.8  

ΔAIC  =  0  

diversificaLo

n  

Verbruggen  et  al.  –  unpublished  

AIC  

λ  =  constant  λ  =  hump  (  SST  )  

diversificaLo

n  

SST  affinity  of  lineage   SST  affinity  of  lineage  

Codium  –  diversificaLon  and  SST  

2,500.8  2,485.1  AIC  

ΔAIC  =  0  ΔAIC  =  –15.7  

Verbruggen  et  al.  –  unpublished  

λ  =  sigmoid  (  SST  )  λ  =  constant  λ  =  hump  (  SST  )  

diversificaLo

n  

SST  affinity  of  lineage   SST  affinity  of  lineage   SST  affinity  of  lineage  

Codium  –  diversificaLon  and  SST  

2,500.8   2,482.5  2,485.1  AIC  

ΔAIC  =  0  ΔAIC  =  –15.7   ΔAIC  =  –18.3  

Verbruggen  et  al.  –  unpublished  

Codium  –  temperate  flora  is  old  C1   C2   C3  

Verbruggen  et  al.  –  unpublished  

Dictyota  –  species  diversity  map  

map  by  Tom  Schils  

λ  =  constant  

λ  =  hump  (  SST  )  

diversificaLo

n  

SST  affinity  of  lineage  

Dictyota  –  diversificaLon  and  SST  

AIC  =  1,533.2   ΔAIC  =  0  

Verbruggen  et  al.  –  unpublished  

AIC  =  1,517.7   ΔAIC  =  –15.5  

Tyberghein  et  al.  –  unpublished  

DiversificaLon  is  funcLon  of  niche  evolvability  

Tyberghein  et  al.  –  unpublished  

Parapatric  speciaLon  along  laLtudinal  temperature  gradient  

Tyberghein  et  al.  –  unpublished  

EvoluLonary  dynamics  and  the  thermal  niche  

1.  Niche  shi`s    vs.  niche  conservaLsm  

2.  Evolvability  and  the  microhabitat  

3.  DiversificaLon  relates  to  SST  

4.  DiversificaLon  relates  to  evolvability    

PerspecLves  •  Lp  of  the  iceberg  

•  scale  up:  genera  >  orders  (Bryopsidales,  Nemaliales,  Dictyotales,  Fucales,  Laurencia  complex)  

•  go  wide:  genomic  &  physiological  features  •  postAToLomics  

Collectors:  Rob  Anderson  Elizabeth  Bandeira  John  Bolton  Francis  Bunker  Olivier  Dargent  Laury  Dijoux  Kya;  Dixon  Rainbo  Dixon    

 Stefano  Draisma  Cindy  Fernandez  Suzanne  Fredericq  Wilson  Freshwater  Fred  Gurgel  John  Huisman  Lisa  Kirkendale  Gerry  Kra`    

 Chris  Lane  Line  Le  Gall  Diane  Li;ler  Mark  Li;ler  Lydiane  Mapo  Frederic  Mineur  Klaas  Pauly  Claude  Payri    

 Willem  P.v.Reine  Craig  Schneider  Gary  Saunders  Thomas  Sauvage  Tom  Schils  Heather  Spalding  John  West  …  many  others  …  

Collaborators:  Sofie  D’hondt  Chris  Drake  Nick  Eloot  Wiebe  Kooistra  Frederik  Leliaert  Diane  Li;ler  Mark  Li;ler  Steve  LoDuca    

 Chris  Maggs  Antoine  N'Yeurt  FaLma  Oliveira  Mariana  Oliveira  Claude  Payri  Gary  Saunders  Thomas  Sauvage  Tom  Schils    

 Satoshi  Shimada  Thomas  Silberfeld  Heather  Spalding  Frederique  Steen  Ana  Tronholm  Christophe  Viera  Brian  Wysor  Rick  Zechman