title: Elucidating phylogeographic patterns of minnows in complex aquifers of the Dinaric Karst
Creators: name: Reier, Susanne
Publisher: name: :none
Year: 2024

description: Karst landscapes, covering approximately 14% of the Earth's land surface, harbor complex ecosystems shaped by geological processes such as the dissolution of soluble rocks. These landscapes feature complex underground water systems connected to surface water, underscoring the importance of understanding underground pathways within karst aquifers for both karst hydrology and biodiversity studies. The Dinaric Karst boasts rich biodiversity, notably characterized by its endemic freshwater fish fauna. Chapter 1 presents a comprehensive analysis of distribution patterns and biology based on the mitochondrial genetic lineages of four genera of Dinaric Karst minnows: Delminichthys, Phoxinellus, Phoxinus, and Telestes. In this chapter, the influence of vicariance and dispersal in shaping species ranges was assessed. While Delminichthys, Phoxinellus, and Dinaric Telestes share a similar lifestyle adapted to sinking streams in karst poljes and thus have a restricted distribution, Phoxinus is widespread with an unconventional distribution pattern, unaffected by current hydrological barriers. Phoxinus distribution ranges often cross drainage and basin boundaries, and suggest the ability for underground dispersal. Conversely, the other three genera are restricted by their specialization of dwelling in sinking streams within karst poljes and cannot disperse along main river courses. Chapters 2 and 3 shift focus to the widespread, surface-dwelling species Phoxinus lumaireul, on the influence of karst hydrology on its population genetic structure, as well as its dispersal ability through the karst landscape using underground connections. Chapter 2, based on mitochondrial DNA and one nuclear gene, identified significant genetic diversity and highlighted the influence of ongoing gene flow through underground connections and remnants of past hydrological networks on population structure. Building upon the results of Chapter 2, Chapter 3 further explored the impact of karstification on the genetic diversity and adaptation of P. lumaireul by comparing genetic structure between populations connected through underground water links with those connected through surface water network. Genome-wide data derived from ddRAD (double digest restriction-site associated DNA) sequencing revealed complex population structures influenced by historical climatic fluctuations rather than karst hydrology. Despite widespread distribution, localized adaptations and limited gene flow between river systems render P. lumaireul populations vulnerable to extinction events, particularly due to anthropogenic disturbances and habitat degradation. In conclusion, this thesis advances our understanding of the intricate dynamics of the Dinaric Karst ecosystem by integrating genetic approaches with hydrological and geological knowledge. The findings underscore the importance of holistic management strategies for the conservation of the unique biodiversity in karst regions.
description: Karstlandschaften, die etwa 14 % der Landfläche der Erde bedecken, beinhalten komplexe Ökosysteme, die durch geologische Prozesse wie die Lösungsverwitterung entstanden sind. Diese Landschaften weisen komplexe unterirdische Wassersysteme auf, die mit Oberflächengewässern verbunden sind. Die Kenntnis und das Verständnis dieser unterirdischen Verbindungen innerhalb der Karstaquifere, ist nicht nur für die Karsthydrologie von Bedeutung, sondern auch für die Biodiversitätsforschung. Der Dinarische Karst zeichnet sich durch seine hohe Biodiversität aus, die unter anderem eine beachtliche Anzahl an endemischen Fischarten aufweist. Kapitel 1 enthält eine umfassende Analyse der phylogeographischen Verbreitungsmuster von vier Gattungen kleiner Süßwasserfische im Dinarischen Karst: Delminichthys, Phoxinellus, Phoxinus und Telestes, auf der Grundlage der mitochondrialen genetischen Linien. In diesem Kapitel wurde der Einfluss von Vikarianz und Ausbreitung auf die Verbreitungsgebiete der Arten untersucht, wobei unterschiedliche Verbreitungsmuster festgestellt wurden. Während Delminichthys, Phoxinellus und dinarische Telestes eine ähnliche Lebensweise, die an Bäche in Karstpoljes angepasst ist, aufweisen, zeichnet sich Phoxinus durch ein ausgedehntes Verbreitungsmuster aus, das wenig durch aktuelle hydrologische Barrieren beeinflusst wird und häufig Fluss- und Einzugsgebietsgrenzen überschreitet und damit auf eine unterirdische Ausbreitungsfähigkeit hinweist. Die anderen drei Gattungen sind durch ihre Spezialisierung auf das Leben in Karstflüssen innerhalb von Karstpoljes begrenzt, was ihre Ausbreitung entlang der Hauptflüsse behindert. Kapitel 2 und 3 befassen sich mit der weit verbreiteten, oberirdisch lebenden Art Phoxinus lumaireul, dem Einfluss der Karsthydrologie auf die genetische Struktur ihrer Populationen und ihrer Fähigkeit, sich über unterirdische Verbindungen in der Karstlandschaft auszubreiten. In Kapitel 2 wurde auf der Basis der Daten der mitochondrialen DANN und einem Kerngen eine beträchtliche genetische Diversität festgestellt und der Einfluss des kontinuierlichen Genflusses über unterirdische Verbindungen sowie historischer hydrologischer Netzwerke auf die Populationsstruktur hervorgehoben. Aufbauend auf den Ergebnissen von Kapitel 2 wurden in Kapitel 3 die Auswirkungen der Verkarstung auf die genetische Diversität und Adaptation von P. lumaireul vergleichend untersucht. Genomweite ddRAD Sequenzdaten (double digest restriction-site associated DNA) zeigen komplexe Populationsstrukturen, die eher durch historische Klimaschwankungen als durch die Karsthydrologie beeinflusst wurden. Trotz der weiten Verbreitung sind die Populationen von P. lumaireul aufgrund lokaler Anpassungen und des begrenzten Genflusses zwischen den Flusssystemen anfällig für Aussterbeereignisse, insbesondere durch anthropogene Störungen und Beeinträchtigungen des Habitats. Zusammenfassend erweitert diese Arbeit das Verständnis der komplexen Dynamik des dinarischen Karst-Ökosystems durch die Integration genetischer Ansätze mit hydrologischem und geologischem Wissen. Die Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung umfassenden Managementstrategien zur Erhaltung der einzigartigen Biodiversität in Karstgebieten.