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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:hbz:385-7719
URL: http://ubt.opus.hbz-nrw.de/volltexte/2012/771/


Origin, climate niche, population genetics and intraspecific hybridization of introduced wall lizard populations in Central Europe

Geografischer Ursprung, Klimanische, Populationsgenetik und intraspezifische Hybridisierung eingeschleppter Mauereidechsen-Populationen in Zentraleuropa

Schulte, Ulrich

pdf-Format:
Dokument 1.pdf (17.723 KB) (Schulte_06.07.2012)

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SWD-Schlagwörter: Populationsgenetik , Invasion <Biologie> , Genetische Variabilität , Neozoen
Freie Schlagwörter (Deutsch): Gründereffekt , Bottleneck , Etablierungserfolg , Mauereidechse
Freie Schlagwörter (Englisch): founder effect , botteleneck , invasion success , wall lizard
Institut: Geographie und Geowissenschaften
Fakultät: Fachbereich 6
DDC-Sachgruppe: Tiere (Zoologie)
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Veith, Michael Prof. Dr.
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 06.07.2012
Erstellungsjahr: 2012
Publikationsdatum: 14.08.2012
Kurzfassung auf Englisch: Increasing human population, mobility and commerce all cause increases in the transport of biota. A fraction of these non-native species establish, spread and threaten native biodiversity (“invasive species”). The Common wall lizard (Podarcis muralis), a species with a sub-Mediterranean native distribution, has established more than 150 non-native populations in Central Europe. This species represents an ideal model system to examine the role of the source region on establishment success, to assess the genetic consequences of biological invasions and to study the consequences of intraspecific hybridisation on native lineages. In this thesis, 77 introduced populations in Central Europe have been assigned to eight geographically distinct evolutionary lineages using sequencing of mitochondrial DNA (Chapter I). In combination with species distribution models this dataset was used to test for intraspecific niche divergence in this invasive species. Although inter-lineage niche differentiation was strong, I found only a weak correlation between geographic origin and occurrence in the non-native range. Lineages with narrow realised niches still became successful invaders far outside their native range, most probably due to broader fundamental niches. For the population-genetic part of this study buccal swabs turned out to be a simple and efficient non-invasive sampling method for DNA analysis in lacertid lizards, being suitable as an alternative to tail-clipping (Chapter II). Using DNA-sequencing, I was also able to assign the northernmost introduced population of the Italian wall lizard, Podarcis siculus, to a region between the Po plain and the northern Adriatic region (Chapter III). Furthermore, I discovered an introduced population of Podarcis liolepis for the first time in Germany, which occurs in syntopy with a non-native P. muralis population (Chapter IV). Both are likely to originate from the eastern Pyrenees. Microsatellite analyses revealed no evidence for gene flow between the two species. Compared to native populations in Southern France, the introduced populations of both species retained high levels of genetic diversity, suggesting that propagule pressure was high. Along the Upper Rhine Rift, native wall lizard populations have come into contact with introduced Italian lineages. In these populations, rapid genetic assimilation caused by hybridisation with non-native wall lizards was found (Chapter V). The genetic diversity of such hybrid populations was substantially higher than in pure introduced and pure native populations. The relationship between genetic diversity and admixture level was non-linear and rapidly reached a maximum at an admixture level of two lineages. The strong extent of introgression in mixed populations and the rapid creation of hybrid swarms indicate that introductions of non-native lizards represent a serious threat to the genetic integrity of native populations. The fine scale genetic analysis of an expanding introduced wall lizard population in Passau (Chapter VI) demonstrated that significant genetic population structure can emerge rapidly at a small spatial scale. Genetic differentiation increased from the centre of introduction to the expanding range margin, while the genetic diversity decreased. In the final Chapter VII the most important findings are summarised, and the difficulties of phenotypic assignment of populations to evolutionary lineages are addressed. I also discuss the problem, how to deal with invasive populations in the light of the current conservation legislation.
Kurzfassung auf Deutsch: Der Anstieg der Weltbevölkerung, der Mobilität und des Warenhandels fördert die zunehmende Einschleppung von Biota. Ein Teil dieser gebietsfremden Arten kann sich etablieren, ausbreiten und die heimische Biodiversität gefährden (“invasive Arten”). In Mitteleuropa haben sich mehr als 150 gebietsfremde Populationen der ursprünglich submediterran verbreiteten Mauereidechse (Podarcis muralis) etabliert. Diese verkörpern ein ideales Modellsystem zur Untersuchung der Rolle des geografischen Ursprungs für den Etablierungserfolg, zur Überprüfung genetischer Konsequenzen von biologischen Invasionen sowie zur Untersuchung der Auswirkungen intraspezifischer Hybridisierung auf heimische Linien. Über eine mtDNA-Sequenzierung wurden in dieser Dissertation 77 eingeschleppte Populationen in Mitteleuropa acht geografisch abgrenzbaren evolutionären Linien zugeordnet (Kapitel I). Dieser Datensatz wurde in Kombination mit Artverbreitungsmodellen zur Überprüfung intraspezifischer Nischendivergenz genutzt. Trotz deutlicher Nischendifferenzierung zwischen den Linien, wurde nur eine schwache Korrelation zwischen geographischem Ursprung und invasivem Vorkommen gefunden. Linien mit enger realisierter Nische sind vermutlich aufgrund ihrer breiten fundamentalen Nische dennoch fähig erfolgreich Gebiete weit außerhalb ihres Areals zu kolonisieren. Für die populationsgenetischen Analysen dieser Arbeit bewährten sich, alternativ zu Gewebeproben, nicht-invasiv gewonnene Mundschleimhautproben zur DNA-Analyse (Kapitel II). Über eine DNA-Sequenzierung konnte der Ursprung (Poebene und nördliche Adriaregion) der nördlichsten eingeschleppten Ruineneidechsen-Population (Podarcis siculus) bestimmt werden (Kapitel III). Zudem wurde eine syntop in eine P. muralis Population eingeschleppte Podarcis liolepis Population erstmals in Deutschland nachgewiesen (Kapitel IV). Beide stammen vermutlich aus den Ost-Pyrenäen. Die Mikrosatelliten-Analyse zeigte keinen Genfluss zwischen beiden Arten. Verglichen mit natürlichen Populationen aus Süd-Frankreich konnten die eingeschleppten Populationen beider Arten aufgrund von hohem Aussetzungsdruck eine hohe genetische Diversität erhalten. Entlang des Oberrheingrabens treffen heimische Mauereidechsen auf eingeschleppte italienische Linien. In diesen Populationen wurde eine schnelle genetische Assimilation durch Hybridisierung mit gebietsfremden Mauereidechsen nachgewiesen (Kapitel V). Die genetische Diversität dieser Hybridpopulationen war wesentlich höher als die reiner eingeschleppter oder reiner natürlicher Populationen. Der Zusammenhang zwischen genetischer Diversität und Durchmischungsgrad war nicht-linear und erreichte frühzeitig ein Plateau hoher genetischer Diversität bei einer Vermischung von zwei Linien. Das Ausmaß an Introgression und die schnelle Bildung von Hybridschwärmen zeigt, dass Einschleppungen die genetische Integrität natürlicher Populationen stark gefährden. Die kleinräumige, genetische Analyse einer expandierenden Population in Passau (Kapitel VI) zeigt, dass eine signifikante Strukturierung schnell und kleinräumig entstehen kann. Die genetische Differenzierung wurde unter Abnahme der genetischen Diversität vom Einschleppungszentrum zum Expansionsrand stärker. Das abschließende Kapitel VII fasst die wichtigsten Resultate für die Naturschutzpraxis zusammen. Die Schwierigkeiten der phänotypischen Zuordnung von Populationen zu evolutionären Linien sowie der naturschutzrechtliche Umgangs mit Einschleppungen werden diskutiert.

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