Shell morphological diversification patterns and molecular systematics of the testate amoebae orders Arcellinida and Euglyphida

Abstract

Tesis Doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias, Departamento de Biología. Fecha de Lectura: 09-03-2023Para inferir los patrones generales que rigen la biodiversidad es necesario tener una buena representación de los taxones que la componen, y esto incluye también a los organismos más pequeños. Si bien se puede argumentar que el conocimiento de ciertos grupos de plantas y animales puede ser insuficiente, existe un claro vacío de conocimiento en los protistas, especialmente en el suelo y agua dulce. Para resolver esta “laguna” de conocimiento, esta tesis propone centrarse en un grupo particular de protistas que viven principalmente en ecosistemas continentales, las amebas tecadas. Pero para ello, es necesario resolver algunas faltas de conocimiento y desarrollar protocolos específicos para el estudio rápido y eficiente de la biodiversidad en estos taxones. La ausencia de tales protocolos limita enormemente su estudio, así como sus potenciales aplicaciones. Las amebas tecadas son un grupo parafilético de protistas ameboides que tienen en común un “caparazón” o teca autoconstruida. Estos organismos constituyen órdenes dentro de "supergrupos" eucariotas muy poco relacionados; Arcellinida en Amebozoa, Euglyphida y Thecofilosea en Rhizaria y Amphitremida en Stramenopiles (=Heterokonta). Dentro de cada grupo, estos organismos difieren en la composición y forma de las tecas, que constituyen la base de su taxonomía y sistemática. Intuitivamente, los investigadores han clasificado a los organismos asumiendo que morfologías de la teca similares deberían compartir un ancestro común. Esta suposición se basa en la hipótesis de que las tecas están sometidas a una selección neutral, y descarta la posibilidad de convergencias evolutivas entre especies o clados. Sin embargo, el “barcoding” molecular ha desafiado la sistemática y la taxonomía clásicas basadas en la morfología, mostrando patrones de diversificación morfológica de las tecas mucho más complejos y enmarañadas de lo que se pensaba. Estos resultados subrayan la necesidad de aplicar un enfoque molecular para caracterizar los taxones y establecer las relaciones entre ellos. Sin embargo, por el momento, casi todos los datos moleculares disponibles son de un único infraorden dentro de Arcellinida, los Hyalospheniformes. En Euglyphida, sólo el infraorden Euglyphina ha sido (relativamente) bien muestreado molecularmente. El primer objetivo de esta tesis es aumentar la base de datos molecular de las amebas tecadas, centrándose en Arcellinida y Euglyphida, recuperando las regiones genéticas 18S rRNA, COI y NADH. Dentro de estos genes que se han utilizado, el gen nuclear 18S rRNA fue el más conservado. También ha sido el más útil para la reconstrucción de relaciones más profundas, aunque demasiado conservado para discriminar entre especies. Por este motivo, nos centramos en el gen mitocondrial COI, de rápida evolución, que a su vez permite una buena resolución a nivel de especie. Siguiendo los principios de la taxonomía integrativa, también obtuvimos (además de las secuencias moleculares) datos sobre su localización, ecología y morfología de la teca. Esta tesis incluye los primeros datos moleculares para amebas tecadas de la Península Ibérica, tanto en ambientes de agua dulce, suelos, como de sedimentos marinos. También incluyen los primeros datos moleculares para géneros como Plagiopyxis o Trigonopyxis . Estas bases de datos servirán de antecedente para futuros estudios, y serán fundamentales para responder a dos preguntas que estructuran esta tesis: 1) "¿Cómo evoluciona la morfología de la teca en las amebas tecadas?": Entender los patrones de diversificación en las amebas tecadas es esencial para aclarar su taxonomía y sistemática, así como la aplicación de sus rasgos funcionales en los análisis ecológicos. Aquí nos centramos en la familia Cyphoderiidae (Euglyphida), Arcellidae (Arcellinida) y otros taxones de Arcellinida. Evaluamos las relaciones filogenéticas entre los taxones basándonos en datos moleculares y “mapeamos” las morfologías de las tecas y la ecología de los organismos en los árboles filogenéticos. Nuestros resultados muestran correlaciones entre ambientes y morfotipos, aportando varios casos de patrones convergentes. Esto sugiere que algunos rasgos de la teca pueden estar bajo selección positiva. 2) "¿Cómo generar datos moleculares de forma rápida y eficiente en Arcellinida?": La obtención de datos moleculares en amebas tecadas siempre ha sido un problema importante, debido a las dificultades de trabajar con estos organismos (en su mayoría) no cultivables. En consecuencia, la obtención de datos moleculares sobre las amebas tecadas es costosa en términos de tiempo y dinero, lo que explica en gran medida que sigan siendo relativamente poco estudiadas en comparación con otros grupos de protistas. Para resolver este problema, diseñamos un protocolo específico para obtener datos de ADN ambiental de Arcellinida, basado en los datos disponibles. Con este protocolo molecular específico de Arcellinida, se espera obtener cientos de secuencias ambientales mediante técnicas de “secuenciación de alto rendimiento”. Esto permitirá realizar experimentos ecológicos y biogeográficos de gran tamaño, así como estudios de bioindicación, todo lo cual requiere cantidades considerables de datos que eran imposibles de obtener en el pasado. Esta tesis aporta una nueva perspectiva integral de la historia evolutiva y la diversificación morfológica de las tecas de los órdenes Arcellinida y Euglyphida existentes; destacando la importancia de incorporar a los protistas, como las amebas tecadas, a la hora de sacar conclusiones generales que se apliquen a los eucariotas o a la biodiversidad en genera