Changes in the genetic structure of an invasive earthworm species (Lumbricus terrestris, Lumbricidae) along an urban – rural gradient in North America

European earthworms were introduced to North America by European settlers about 400 years ago. Human-mediated introductions significantly contributed to the spread of European species, which commonly are used as fishing bait and are often disposed deliberately in the wild. We investigated the genetic structure of Lumbricus terrestris in a 100km range south of Calgary, Canada, an area that likely was devoid of this species two decades ago. Genetic relationships among populations, gene flow, and migration events among populations were investigated using seven microsatellite markers and the mitochondrial 16S rDNA gene. Earthworms were collected at different distances from the city and included fishing baits from three different bait distributors. The results suggest that field populations in Alberta established rather recently and that bait and field individuals in the study area have a common origin. Genetic variance within populations decreased outside of the urban area, and the most distant populations likely originated from a single introduction event. The results emphasise the utility of molecular tools to understand the spatial extent and connectivity of populations of exotic species, in particular soil-dwelling species, that invade native ecosystems and to obtain information on the origin of populations. Such information is crucial for developing management and prevention strategies to limit and control establishment of non-native earthworms in North America.Peer reviewe

Haplotype divergence supports long-term asexuality in the oribatid mite Oppiella nova

Sex strongly impacts genome evolution via recombination and segregation. In the absence of these processes, haplotypes within lineages of diploid organisms are predicted to accumulate mutations independently of each other and diverge over time. This so-called "Meselson effect" is regarded as a strong indicator of the long-term evolution under obligate asexuality. Here, we present genomic and transcriptomic data of three populations of the asexual oribatid mite species Oppiella nova and its sexual relative Oppiella subpectinata We document strikingly different patterns of haplotype divergence between the two species, strongly supporting Meselson effect-like evolution and long-term asexuality in O. nova: I) variation within individuals exceeds variation between populations in O. nova but vice versa in O. subpectinata; II) two O. nova sublineages feature a high proportion of lineage-specific heterozygous single-nucleotide polymorphisms (SNPs), indicating that haplotypes continued to diverge after lineage separation; III) the deepest split in gene trees generally separates the two haplotypes in O. nova, but populations in O. subpectinata; and IV) the topologies of the two haplotype trees match each other. Our findings provide positive evidence for the absence of canonical sex over evolutionary time in O. nova and suggest that asexual oribatid mites can escape the dead-end fate usually associated with asexual lineages

The Evolution of the Australian Amitermes group

Obwohl die australische Amitermes-Gruppe (AAG) die diverseste und artenreichste Gruppe der höheren Termiten (Termitidae) in Australien ist, ist relativ wenig über ihren Ursprung und ihre Evolution bekannt. Neuere phylogenetische Studien der wichtigsten Termitengruppen legen nahe, dass die AAG und andere abgeleitete Unterfamilien im mittleren bis späten Miozän aus Südostasien nach Australien gelangten (Bourguignon et al. 2017), nachdem die australische Platte mit der südostasiatischen Platte kollidierte (Zachos et al. 2001). Heute ist die Gruppe auf dem Kontinent allgegenwärtig (Watson and Abbey 1993), und der Grad an Endemismus beispiellos auf dem Kontinent (Calaby and Gay 1959): Es sind nur zwei australische Taxa (A. arboreus und A. laurensis) in Papua-Neuguinea bekannt (Miller 1994, siehe auch Krishna et al. 2013). Derzeit wird die Gruppe in fünf Gattungen eingeteilt, die grob auf ihren Nistformen/Ernährungsweisen basieren: unterirdische oder geschützte Nahrungssuche (Amitermes), Nahrungssuche im Freien (Drepanotermes) oder ausschließliches Leben in den Nestern anderer Termitenarten (Ahamitermes, Incolitermes und Invasitermes) (Krishna et al. 2013). In dieser Dissertation erstellte ich eine robuste „Rückgrat“-Phylogenie, um die Diversifizierung und biografische Geschichte der AAG zu rekonstruieren, die mit der Trockenheit des Kontinents während der letzten 15 Millionen Jahre zusammenfällt (Byrne et al. 2008, 2018). Die Ergebnisse stimmen mit Wanderungsbewegungen anderer Insekten überein, die aus Südostasien über eine nördliche Route nach Australien gelangten (Yeates and Cassis 2017). Dies deutet daraufhin, dass der Vorfahre der AAG wahrscheinlich durch Rafting in Baumstämmen nach Australien gelangte. Die günstigen Bedingungen im späten Miozän, mit ausgedehnten und offenen Wäldern, erleichterten vermutlich die schnelle Verbreitung der frühen Abstammungslinien in ganz Australien. Der evolutionäre Verlauf der AAG zeigt ein diversitätsabhängiges Muster, bei dem einem stetigen Anstieg der Diversifizierungsrate ab dem späten Miozän eine Phase beschleunigter Diversifizierung im Pliozän folgte. An der Grenze des Plio-Pleistozäns verlangsamte sich der Verlauf der Diverfizierung. Analysen zeigten, dass die abnehmende Artenakkumulation wahrscheinlich auf eine fortschreitende Nischensättigung zurückzuführen ist. Darüber hinaus rekonstruierte ich mittels Barcoding-Sequenzen und mitochondrialen Genomen die ursprünglichen Nistgewohnheiten von Drepanotermes, sowie in Bezug auf vergangene klimatische Bedingungen. Ich untersuchte außerdem die aktuelle und zukünftige Habitateignung für ausgewählte Taxa. Dies ist die erste Studie ihrer Art in der für australische Termiten sowohl abiotische als auch biotische Faktoren verwendet wurden, um die Eignung eines Habitats vorherzusagen. Meine Ergebnisse weisen daraufhin, dass der Bau von Hügeln innerhalb von Drepanotermes mehrmals evolviert ist, was wahrscheinlich die Ausbreitung in Regionen erleichtert hat, die durch hohe Niederschläge und Temperaturen gekennzeichnet sind. Tatsächlich sind Hügel-bauende Arten häufiger in heißen und feuchten Regionen Australiens anzutreffen, im Gegensatz zu unterirdischen Arten, die zumeist trockene Bedingungen bevorzugen. Das Bauen von Hügeln scheint ebenso eine Anpassung an extreme Wetterereignisse (z.B. Überschwemmungen und Buschbrände) zu sein: Hinweise auf ein starkes phylogenetisches Signal im Zusammenhang mit saisonalen bioklimatischen Faktoren (z.B. Niederschlag in den drei wärmsten Monaten des Jahres) unterstützen meine Annahme, dass Hügel in bestimmten Extremereignissen selektive Vorteile gegenüber unterirdischen Nestern besitzen.Although the Australian Amitermes Group (AAG) is the most diverse and speciose group of higher termites (Termitidae) in Australia, relatively little is known about the origin and evolution of the group. Recent phylogenetic studies of the major termite groups suggest that the AAG and other derived subfamilies arrived in Australia from Southeast Asia in the mid-to-late Miocene (Bourguignon et al. 2017), after the Australian and Southeast Asian plates collided (Zachos et al. 2001). Today, the group is distributed across the continent (Watson and Abbey 1993) and has an unparalleled rate of endemism (Calaby and Gay 1959): only two Australian taxa (A. arboreus and A. laurensis) are known to also occur in Papua New Guinea (Miller 1994, see also Krishna et al. 2013). Currently, the group is split into five genera broadly based on nesting/feeding habits: subterranean or protected foraging (Amitermes), foraging in the open (Drepanotermes), or living exclusively within the nests of other termite species (Ahamitermes, Incolitermes, and Invasitermes) (Krishna et al. 2013). In this thesis, I reconstructed a robust “backbone” phylogeny to recapitulate the diversification and biogeographical history of the AAG, which coincides with the aridification of the continent over the last 15 million years (Byrne et al. 2008, 2018). The results are consistent with migratory patterns in other insects that followed a northern route from Southeast Asia (Yeates and Cassis 2017), suggesting that the ancestor of the AAG likely arrived in Australia by rafting in logs. The favorable conditions in the late Miocene, with extensive woodlands and open forests, presumably facilitated the rapid range expansion of early lineages across Australia. The evolutionary trajectory of the AAG shows a diversity-dependent pattern in which a steady increase in the diversification rate from the late Miocene onwards is followed by a period of accelerated diversification in the Pliocene. At the boundary of the Plio-Pleistocene, the diversification rate decelerated. Diversification analyses showed that declining species accumulation is likely due to progressive niche saturation. Finally, by combining both barcoding sequences and whole mitochondrial genomes, I reconstructed the ancestral nesting habit of Drepanotermes, related nesting habits to past climatic conditions, and predicted current and future habitat suitability of selected taxa. It is the first time that both abiotic and biotic factors were used to predict habitat suitability in Australian termites. Results show that mound-building evolved multiple times within Drepanotermes and likely facilitated its spread into regions characterized by high temperature and precipitation. Indeed, mound-builders are more common in hot and wet regions of Australia, in contrast to subterranean species, which are generally found in more arid conditions. Generally, mound-building appears to be an adaptation to extreme weather events (e.g. floods and bushfires). Evidence of strong phylogenetic signal of bioclimatic variables linked to seasonality (e.g. precipitation of warmest quarter) supports my hypothesis that mounds are selectively favored over subterranean nests in habitats experiencing occasional, unpredictable extreme events.2023-03-1