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Comparative European phylogeography of mountain forest and peatland species using the example of two plant and two butterfly species

Vergleichende europäische Phylogeographie von Bergwald- und Moorarten am Beispiel zweier Pflanzen- und Schmetterlingsarten

  • Comparing the results of the phylogeographies of the four species included in this thesis, some accordances have been found, even though certain patterns are only represented in one or two species. In all cases, the findings of the studied species strongly support the existence of forests or forest-like ecosystems beyond the classic forest refugia in the Mediterranean areas (Iberian, Apennine and Balkan peninsulas) during glacial times. However, evidence of glacial refugial areas in Southeastern Europe, especially the Balkans, have been found in this study as well. The analysed populations of Aposeris foetida, Melampyrum sylvaticum and Erebia euryale showed high genetic diversity values and mostly higher private fragments in this area, which is a strong indicator for centres of glacial survival during Würm and, regarding the results of M. sylvaticum, even during the Riss ice age. Three of the analysed species (A. foetida, M. sylvaticum and Colias palaeno) supported a second main glacial refuge area located along the Northern Alps. Again, high genetic diversity values and the uniqueness of the populations living in this region today prove the importance of this area as a glacial centre of survival. Those results confirm several recently published studies on forest species and strongly indicate the persistence of forest-like structures or even forests during the ice ages along the foothills of the Northern Alps. Additionally, the persistence of C. palaeno in this area furthermore supports the existence of peatlands north of the Alps, at least during the last glacial. The results of M. sylvaticum and E. euryale further indicate the vicinity of the Tatra Mountains as core areas for glacial survival. However, the genetic patterns found for E. euryale are ambiguous. Due to an intermediate position of two genetic lineages (originating in the Eastern Alps and Southeastern Europe), the Tatras could also reflect a postglacial mixture zone of those lineages. Moreover, the glacial and postglacial importance of this area for woodland species was accentuated, supporting other phylogeographic studies published. Besides the congruities among the results of the study species, some unique patterns and therefore further potential glacial refugia have also been illuminated in this thesis. For instance, the calcicole species, A. foetida, most probably had further survival area at both sides of the Dinaric Alps, supported by high genetic diversity values and a high number of private fragments found in Croatian populations. Furthermore, the surroundings of the German Uplands and the margin of the Southern Alps provided suitable conditions for glacial survival for M. sylvaticum, while the Eastern and Southeastern Alpine region most probably sheltered the Large Ringlet E. euryale during ice ages. Additionally, this butterfly species survived at least the glaciation along the foothills of the Massif Central, whose present populations showed a unique genetic lineage and their genetic diversity values have been measurably higher than in other populations for this species. Finally, a large and continuous Würm distribution is highly likely south of the Fennoscandian glaciers in Central Europe for C. palaeno, which might indicate extended peatland areas during Würm glacial. With all the patterns found in this study, the understanding of glacial persistence of forest, respectively forest-like structures and peatlands during Würm or even Riss glacial in Europe could be advanced. The congruencies among the analysed woodland and bog species illustrate the importance and location of extra-Mediterranean refugia for European mountain forests and the glacial presence of Central European peatlands. Thus, already postulated theories could be supported and further pieces of the overall puzzle could be added. The varieties of the different survival centres once more clarified that further phylogeographic studies on mountain forest of different habitat requirements and especially peatland species have to be implemented to get a clearer picture of the glacial history of these habitats.
  • Vergleicht man die Resultate der Phylogeographien der vier in dieser Studie untersuchten Arten, werden einige Übereinstimmungen deutlich. Dagegen wurden einige biogeographischen Strukturen nur für eine oder zwei Arten gefunden. In allen Fällen jedoch spiegeln die Ergebnisse, die für die jeweiligen untersuchten Arten gefunden wurden, das Vorkommen von Wäldern, bzw. waldähnlichen Ökosystemen zu Zeiten mitteleuropäischer Vergletscherung jenseits der klassischen Waldrefugien im mediterranen Raum wider. In dieser Studie wurden zusätzlich Hinweise gefunden, die auf eine Existenz von glazialen Rückzugsgebieten in Südosteuropa, speziell auf der Balkan Halbinsel, hinweisen. Die hier untersuchten Populationen von Aposeris foetida, Melampyrum sylvaticum und Erebia euryale zeigten hohe genetische Diversitätswerte und in den meisten Fällen eine hohe Anzahl von privaten Fragmenten in diesem Gebiet, was deutliche Anzeichen für ein glaziales Überdauerungszentrum während der Würm, und sogar der Riss Eiszeit sind, worauf die Ergebnisse von M. sylvaticum deuten. Die phylogeographischen Strukturen von drei der hier analysierten Arten (A. foetida, M. sylvaticum und Colias palaeno) sprechen für die Lage eines zweiten Hauptrefugiums entlang der nördlichen Alpen. Die Bedeutung dieses Gebietes als glaziales Rückzugsgebiet wurde auch in diesem Fall durch hohe genetische Diversitätswerte und die genetische Eigenständigkeit der Populationen, die heute in dieser Region vorkommen, verdeutlicht. Diese Ergebnisse bestätigen einige bereits veröffentlichte Studien über Waldarten und weisen deutlich darauf hin, dass Wälder und waldähnliche Strukturen während der Eiszeiten im nördlichen Alpenvorland überdauern konnten. Zusätzlich wird durch die Persistenz von C. palaeno in diesem Gebiet deutlich, dass auch Moorlandschaften nördlich der Alpen während des letzten Glazials wahrscheinlich waren. Die Resultate von M. sylvaticum und E. euryale deuten weiter darauf hin, dass die Umgebung der Tatra ebenfalls als Kerngebiet einer glazialen Überdauerung gedient hat, wobei die genetischen Strukturen, die in E. euryale gefunden worden sind nicht ganz eindeutig sind. Aufgrund der Mittelstellung der slowakischen Populationen zwischen zwei genetischen Linien, von der eine ihren Ursprung in den Ostalpen und die andere in Südosteuropa hat, könnte die Tatra ebenso eine postglaziale Kontaktzone dieser beider Linien darstellen. Nichtsdestotrotz wurde die Bedeutung dieses Gebietes für Waldarten im Glazial und Postglazial verdeutlicht und unterstützt somit einige Studien, die dieses ebenso bereits postulierten. Neben den Übereinstimmungen innerhalb der Ergebnisse der untersuchten Arten, wurden in dieser Arbeit auch einige artenspezifische Muster gefunden, die auf weitere glaziale Refugien hindeuten. Die kalkholde Art A. foetida hatte beispielsweise ein Überdauerungsgebiet entlang beider Seiten der Dinarischen Alpen, was durch die hohen genetischen Diversitätswerte und die Anzahl der privaten Fragmente, die in den kroatischen Populationen gefunden worden sind, unterstützt wird. Die Umgebung der deutschen Mittelgebirge und der Rand der Südalpen stellten geeignete Bedingungen für ein glaziales Überleben für M. sylvaticum dar, während die Ost- und Südostalpen mit hoher Wahrscheinlichkeit E. euryale Schutz geboten haben. Diese Schmetterlingsart überlebte überdies mindestens die letzte Eiszeit entlang der Ausläufer des Zentralmassivs. Die derzeitigen Populationen in diesem Gebiet zeigten eine eigene genetische Linie und die genetischen Diversitätswerte waren deutlich höher als in den anderen untersuchten Populationen dieser Art. Letztendlich weisen die hier gefundenen genetischen Strukturen von C. palaeno auf ein großes und zusammenhängendes Würm-Refugium südlich des Fennoskandischen Gletschers in Zentraleuropa hin. Dieses Ergebnis könnte ein Hinweis auf ausgedehnte glaziale Moorlandschaften in diesem Gebiet sein. Durch die Ergebnisse dieser Studie konnte deutlich zum weiteren Verständnis über das glaziale Vorkommen und Überdauern von Wäldern, bzw. waldähnlichen Strukturen in Europa während der Eiszeiten beigetragen werden. Die Übereinstimmungen in den phylogeographischen Strukturen der hier untersuchten Wald- und Moorarten veranschaulichen die Lage und Bedeutung extra-mediterraner Refugien für europäische Bergwaldarten und geben Hinweise auf das Vorkommen von zentraleuropäischen Moorlandschaften während des letzten Glazials. So konnten bereits aufgestellte Theorien unterstützt und ein weiteres Stück zu dem Puzzle hinzugefügt werden. Die Unterschiede in den Überdauerungszentren der einzelnen Arten machen jedoch deutlich, dass weitere phylogeographische Untersuchungen an Bergwald- und insbesondere Moorarten mit unterschiedlichen Habitatansprüchen durchgeführt werden müssen, um ein noch deutlicheres Bild der glazialen Geschichte dieser beiden Habitate bekommen zu können.

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Metadaten
Author:Katja Kramp
URN:urn:nbn:de:hbz:385-8420
Advisor:Thomas Schmitt
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of completion:2014/01/29
Publishing institution:Universität Trier
Granting institution:Universität Trier, Fachbereich 6
Date of final exam:2014/01/10
Release Date:2014/01/29
Tag:Allozym-Elektrophorese; Glaziale Refugien
AFLP; Europe; allozyme electrophoresis; glacial refugia; phylogeography
GND Keyword:AFLP; Aposeris foetida; Biogeographie; Eiszeit; Europa; Gebirgswald; Hochmoorgelbling; Mohrenfalter; Moor; Phylogeographie; Wachtelweizen
Institutes:Fachbereich 6 / Geographie und Geowissenschaften
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 57 Biowissenschaften; Biologie / 570 Biowissenschaften; Biologie

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