Reconciling standardised inventories and DNA barcoding to infer diversity patterns in Iberian spider communities

Abstract

Unveiling the patterns and identifying the factors that drive community assembly are key questions in ecology and evolution, especially in the current state of climate change and biodiversity loss. Because of its particular location, its geological and climatic history, and its complex relief, the Iberian provides an excellent arena for the study of past and present patterns of biodiversity and its drivers. In this thesis, we aim at revealing patterns of taxonomic, functional and phylogenetic diversity and the determinants of community assembly in spiders from white-oak forests across the Iberian Peninsula. We generated more than 3,200 DNA barcodes from 371 species, which greatly increased the DNA barcode reference library of Iberian spiders for future studies. We also combined morphological and molecular species delimitation methods to identify instances of overlooked diversity, which allowed us to discover and describe a new species and to detect an instance of introgression between closely related species. We also revealed that certain functional traits of spiders are related to high levels of population structure, which can help us to characterise those groups that might be more vulnerable to local extinctions. We investigated the impact of adding information of juvenile spiders, which are usually discarded because they are not morphologically identifiable to species level, on diversity estimates by means of metabarcoding approaches. We found that they contribute a large proportion of extra diversity, and that they can change our interpretations of the differences among communities based on species composition. We further determined that metabarcoding approaches, if properly corrected, may also contribute abundance information to diversity estimates.

Estimating the phylogenetic diversity of a community requires building a robust tree for the species of interest. We decided to investigate some of the variables that may influence the estimation of phylogenetic diversity. We found that combining at least one mitochondrial and one nuclear genes of the species of interest and including a backbone with additional species and genes had the greatest impact in phylogenetic inference, followed by the incorporation of time information and by enforcing a topological. We assessed the alpha taxonomic, functional and phylogenetic diversity of Iberian spider communities, and we found that they provide different yet complementary information, which is fundamental for designing effective conservation strategies. We uncovered the importance of past climatic conditions to explain the levels of phylogenetic diversity of the communities but not those of functional diversity. Differences in environmental variables among communities, on the other hand, did not explain the variation observed in functional and phylogenetic diversity, most likely because of both the high habitat type similarity and the relatively narrow geographic scope of the study.

Revelar els patrons i identificar els factors que determinen l’assemblatge de comunitats són qüestions claus en ecologia i evolució, especialment en l’actual situació de canvi climàtic i pèrdua de biodiversitat. A causa de la seva localització particular, de la seva dinàmica història geològica i climàtica, i del seu relleu complex, la Península Ibèrica proporciona un context excel·lent per a l’estudi dels patrons de biodiversitat presents i passats i dels seus desencadenants. En aquesta tesi, busquem revelar els patrons de diversitat taxonòmica, funcional i filogenètica i els determinants de l’assemblatge de comunitats en aranyes de rouredes de la Península Ibèrica. Hem generat més de 3.200 codis de barres de l’ADN corresponents a 371 espècies, els quals amplien la llibreria de referència de codis de barres d’ADN d’aranyes ibèriques per a futurs estudis. També hem combinat mètodes de delimitació d’espècies morfològics i moleculars per identificar casos de diversitat críptica, la qual cosa ens va permetre descobrir i descriure una nova espècie i detectar un cas d’introgressió entre espècies properes. A més, hem revelat que cert trets funcional de les aranyes estan relacionats amb nivells alts d’estructura poblacional, la qual cosa ens pot ajudar a caracteritzar els grups que podrien ser més vulnerables a extincions locals. Hem investigat l’impacte d’afegir la informació de les aranyes juvenils, les quals solen descartar-se perquè no són morfològicament identificables a nivell d’espècie, en les estimes de diversitat mitjançant tècniques de metabarcoding. Hem trobat que aporten una gran proporció de diversitat extra, i que poden canviar les nostres interpretacions sobre les diferències entre comunitats basades en la composició d’espècies. A més, hem determinat que les tècniques de metabarcoding, amb els factors de correcció correctes, també poden aporta informació d’abundància a les estimes de diversitat.

Estimar la diversitat filogenètica d’una comunitat requereix construir un arbre robust per les espècies d’interès. Nosaltres vam decidir investigar algunes de les variables que poden influenciar les estimes de diversitat filogenètica. Vam trobar que combinar com a mínim un gen mitocondrial i un de nuclear de les espècies d’interès i incloure una base d’espècies i gens addicionals tenia l’impacte més gran en la inferència filogenètica, seguit de la incorporació d’informació temporal i del fet de forçar una certa restricció topològica. Vam estimar la diversitat alfa taxonòmica, funcional i filogenètica de les comunitats ibèriques d’aranyes, vam trobar que les tres proporcionen informació diferent i complementaria, la qual cosa és fonamental per dissenyar estratègies de conservació efectives. Vam revelar la importància de les condicions climàtiques passades a l’hora d’explicar els nivells de diversitat filogenètica entre comunitats però no els de diversitat funcional. Les diferències en les variables ambientals entre comunitats, però, no explicaven la variació observada en la diversitat funcional i filogenètica, probablement a causa de l’alta semblança en el tipus d’hàbitat i l’escala relativament petita de l’estudi.