Phyllodocida (Annelida, Polychaeta) of the North East Atlantic as a model for the investigation of cryptic species

Abstract

Molecular techniques have been effective in signalling potential hidden diversity in species displaying similar morphology and presumed widespread distribution. In this study, members of Phyllodocida collected along European coasts were used as a model taxon to investigate this topic, by employing a combination of multi-locus molecular data (mtCOI-5P, 16SrRNA, ITS regions and 28SrRNA), together with morphological and morphometric examination. This work identified a large number of undescribed cryptic lineages within 6 morphospecies, namely: Eumida sanguinea (22 Molecular Operational Taxonomic Units - MOTUs); Eulalia clavigera (9 MOTUs); Hediste diversicolor (5 MOTUs); Platynereis dumerilii (10 MOTUs); Perinereis cultrifera (14 MOTUs) and Trypanosyllis zebra (10 MOTUs). In total 70 lineages were uncovered, of which 43 are unique to this work. Five of these morphospecies have a dedicated chapters where an integrative approach allowed the description of 13 new species to science and the clarification of ambiguities regarding previously descriptions. The Macaronesian islands and especially, the western part of the Mediterranean Sea, are hotspots of cryptic diversity, with a total of 10 and 30 unique lineages for each region, respectively. Mediterranean MOTUs appear to be genetically closer to the ones from Macaronesia islands, instead of the NE Atlantic lineages. A total of 2171 new sequences (1012 COI, 307 16S, 320 ITS and 532 28S) were added to the reference libraries (GenBank and BOLD systems) and will be publicly available upon publication in peer-reviewed journals. Upon minute morphological examination of the specimens, it become apparent that several lineages with obvious morphological differences have been overlooked in the literature, being commonly misidentified to the morphologically closer described species. Morphological stasis was challenged, since it appears that the older the ancestral split resulting from the different geological event periods, the higher is the probability of finding slight phenotypic disparities in cryptic lineages, previously thought to be morphological identical. Evidence for this can be seen in the deep divergence between major phylogenetic clades within some of the analysed species complex, and the perfect match of each clade to the specific morphological variation (e.g. complexes within Perinereis, Platynereis and Eulalia). In spite of these contributes, the analyses indicated that only 11% of the existing Phyllodocida species have DNA barcodes publicly available. Naming molecular lineages which lacked enough specimens with structural integrity, further sampling in subtidal regions and additional bio-informatic tools to explore the cryptic phenomena from an evolutionary and phylogeographic point of view is desirable in future works.

Técnicas moleculares têm vindo a ser eficazes na sinalização de diversidade oculta em espécies com uma ampla distribuição geográfica. Nesta tese, membros dos Phyllodocida coletados ao longo das costas europeias foram utilizados como um táxon modelo para investigar espécies crípticas, usando uma combinação de dados moleculares multi-locus (mtCOI-5P, rRNA16S, regiões ITS e rRNA28S), morfológicos e morfométricos. Este estudo identificou um grande número de linhagens crípticas não descritas em 6 morfo-espécies distintas: Eumida sanguinea (22 Unidades moleculares taxonómicas operacionais - MOTUs); Eulalia clavigera (9 MOTUs); Hediste diversicolor (5 MOTUs); Platynereis dumerilii (10 MOTUs); Perinereis cultrifera (14 MOTUs) e Trypanosyllis zebra (10 MOTUs). No total, foram descobertas 70 linhagens, das quais 43 aparentam ser exclusivas deste trabalho. Cinco dessas morfo espécies têm nesta tese um capítulo dedicado, onde uma abordagem integrativa permitiu a descrição de 13 novas espécies para a ciência e a remoção de ambiguidades em relação a descrições anteriores. As ilhas da Macaronésia e a parte ocidental do Mar Mediterrâneo, são hotspots de especiação críptica, tendo-se encontrado um total de 10 e 30 linhagens únicas para cada região, respetivamente. MOTUs mediterrâneos aparentam ser geneticamente mais próximos das ilhas da Macaronésia, com as linhagens do Nordeste Atlântico aparentando ser mais distantes. Um total de 2171 novas sequencias (1012 COI, 307 16S, 320 ITS e 532 28S) foram adicionadas às bibliotecas de referência (GenBank e BOLD) e estarão disponíveis publicamente após publicação. Ao examinar mais detalhadamente o grau real de semelhança morfológica entre algumas destas supostas linhagens crípticas, fica claro que um numero considerável possui diferenças morfológicas que foram negligenciadas e erroneamente identificadas. A estase morfológica foi desafiada, uma vez que parece que quanto mais antiga a divisão ancestral resultante dos diferentes períodos geológicos, maior é a probabilidade de encontrar pequenas disparidades fenotípicas em linhagens que inicialmente aparentavam ser morfologicamente idênticas. A evidência disso pode ser vista na divergência profunda entre os principais clados filogenéticos em alguns dos complexos aqui analisados e a combinação perfeita de cada clado com uma variação morfológica específica (por exemplo, nos complexos Perinereis, Platynereis e Eulalia). Além do mais, verificou-se neste estudo que apenas 11% das espécies existentes na ordem dos Phyllodocida têm códigos de barra de ADN disponíveis ao público. Linhagens moleculares por nomear, mais amostragens em regiões subtidais e ferramentas bioinformáticas adicionais são necessárias para continuar a explorar este fenômeno críptico do ponto de vista evolutivo e filogeográfico.