Published July 23, 2022 | Version v1
Publication Open

A phylogenetic study to assess the link between biome specialization and diversification in swallowtail butterflies

Creators

  • 1. Universidade de Vigo
  • 2. Universidad Complutense de Madrid
  • 3. Instituto de Geociencias
  • 4. Institut des Sciences de l'Evolution de Montpellier
  • 5. University of Montpellier
  • 6. Centre National de la Recherche Scientifique
  • 7. Universidad de Alcalá
  • 8. Universidad Santiago de Cali
  • 9. Universidad del Valle
  • 10. Museum für Naturkunde

Description

The resource-use hypothesis, proposed by E.S. Vrba, states that habitat fragmentation caused by climatic oscillations would affect particularly biome specialists (species inhabiting only one biome), which might show higher speciation and extinction rates than biome generalists. If true, lineages would accumulate biome-specialist species. This effect would be particularly exacerbated for biomes located at the periphery of the global climatic conditions, namely, biomes that have high/low precipitation and high/low temperature such as rainforest (warm-humid), desert (warm-dry), steppe (cold-dry) and tundra (cold-humid). Here, we test these hypotheses in swallowtail butterflies, a clade with more than 570 species, covering all the continents but Antarctica, and all climatic conditions. Swallowtail butterflies are among the most studied insects, and they are a model group for evolutionary biology and ecology studies. Continental macroecological rules are normally tested using vertebrates, this means that there are fewer examples exploring terrestrial invertebrate patterns at global scale. Here, we compiled a large Geographic Information System database on swallowtail butterflies' distribution maps and used the most complete time-calibrated phylogeny to quantify diversification rates (DRs). In this paper, we aim to answer the following questions: (1) Are there more biome-specialist swallowtail butterflies than biome generalists? (2) Is DR related to biome specialization? (3) If so, do swallowtail butterflies inhabiting extreme biomes show higher DRs? (4) What is the effect of species distribution area? Our results showed that swallowtail family presents a great number of biome specialists which showed substantially higher DRs compared to generalists. We also found that biome specialists are unevenly distributed across biomes. Overall, our results are consistent with the resource-use hypothesis, species climatic niche and biome fragmentation as key factors promoting isolation.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تنص فرضية استخدام الموارد، التي اقترحها E.S. Vrba، على أن تجزئة الموائل الناجمة عن التذبذبات المناخية ستؤثر بشكل خاص على المتخصصين في المناطق الحيوية (الأنواع التي تعيش في منطقة حيوية واحدة فقط)، والتي قد تظهر معدلات انتواع وانقراض أعلى من عموميات المناطق الحيوية. إذا كان هذا صحيحًا، فإن الأنساب ستجمع الأنواع المتخصصة في المجال الحيوي. سيتفاقم هذا التأثير بشكل خاص بالنسبة للمناطق الأحيائية الواقعة في محيط الظروف المناخية العالمية، وهي المناطق الأحيائية ذات هطول الأمطار المرتفع/المنخفض ودرجة الحرارة المرتفعة/المنخفضة مثل الغابات المطيرة (الدافئة والرطبة) والصحراء (الدافئة والجافة) والسهوب (الباردة والجافة) والتندرا (الباردة والرطبة). هنا، نختبر هذه الفرضيات في فراشات ذيل السنونو، وهي فصيلة تضم أكثر من 570 نوعًا، تغطي جميع القارات باستثناء القارة القطبية الجنوبية، وجميع الظروف المناخية. تعد فراشات ذيل السنونو من بين أكثر الحشرات دراسة، وهي مجموعة نموذجية لدراسات البيولوجيا التطورية وعلم البيئة. عادة ما يتم اختبار القواعد البيئية الكلية القارية باستخدام الفقاريات، وهذا يعني أن هناك أمثلة أقل لاستكشاف أنماط اللافقاريات الأرضية على نطاق عالمي. هنا، قمنا بتجميع قاعدة بيانات كبيرة لنظام المعلومات الجغرافية حول خرائط توزيع فراشات ذيل السنونو واستخدمنا علم السلالات الأكثر اكتمالا والمعايرة بالوقت لتحديد معدلات التنويع (DRs). في هذه الورقة، نهدف إلى الإجابة على الأسئلة التالية: (1) هل هناك فراشات ذيل السنونو متخصصة في المجال الحيوي أكثر من عموميات المجال الحيوي ؟ (2) هل يرتبط التعافي من الكوارث بتخصص المجال الحيوي ؟ (3) إذا كان الأمر كذلك، هل تظهر فراشات ذيل السنونو التي تعيش في المناطق الأحيائية المتطرفة مستويات DRs أعلى ؟ (4) ما هو تأثير منطقة توزيع الأنواع ؟ أظهرت نتائجنا أن عائلة ذيل السنونو تقدم عددًا كبيرًا من أخصائيي المجال الحيوي الذين أظهروا ارتفاعًا كبيرًا في DRs مقارنةً بالعموميين. وجدنا أيضًا أن أخصائيي المناطق الحيوية موزعون بشكل غير متساوٍ عبر المناطق الحيوية. بشكل عام، تتوافق نتائجنا مع فرضية استخدام الموارد والمكانة المناخية للأنواع وتجزئة المناطق الحيوية كعوامل رئيسية تعزز العزلة.

Translated Description (French)

L'hypothèse d'utilisation des ressources, proposée par E.S. Vrba, affirme que la fragmentation de l'habitat causée par les oscillations climatiques affecterait particulièrement les spécialistes du biome (espèces n'habitant qu'un seul biome), qui pourraient montrer des taux de spéciation et d'extinction plus élevés que les généralistes du biome. Si c'est vrai, les lignées accumuleraient des espèces biome-spécialistes. Cet effet serait particulièrement exacerbé pour les biomes situés à la périphérie des conditions climatiques mondiales, à savoir les biomes qui ont des précipitations élevées/faibles et des températures élevées/basses telles que la forêt tropicale (chaud-humide), le désert (chaud-sec), la steppe (froid-sec) et la toundra (froid-humide). Nous testons ici ces hypothèses sur des papillons à queue d'aronde, un clade de plus de 570 espèces, couvrant tous les continents sauf l'Antarctique, et toutes les conditions climatiques. Les papillons à queue d'hirondelle sont parmi les insectes les plus étudiés et constituent un groupe modèle pour les études de biologie et d'écologie évolutives. Les règles macroécologiques continentales sont normalement testées à l'aide de vertébrés, ce qui signifie qu'il y a moins d'exemples d'exploration des modèles d'invertébrés terrestres à l'échelle mondiale. Ici, nous avons compilé une grande base de données du système d'information géographique sur les cartes de distribution des papillons à queue d'aronde et utilisé la phylogénie étalonnée dans le temps la plus complète pour quantifier les taux de diversification (DR). Dans cet article, nous visons à répondre aux questions suivantes : (1) Y a-t-il plus de papillons à queue d'hirondelle spécialistes du biome que de généralistes du biome ? (2) La RD est-elle liée à la spécialisation du biome ? (3) Si oui, les papillons à queue d'aronde habitant des biomes extrêmes présentent-ils des DR plus élevés ? (4) Quel est l'effet de la zone de répartition des espèces ? Nos résultats ont montré que la famille de la queue d'aronde présente un grand nombre de spécialistes du biome qui ont montré des DR sensiblement plus élevés par rapport aux généralistes. Nous avons également constaté que les spécialistes du biome sont inégalement répartis entre les biomes. Dans l'ensemble, nos résultats sont cohérents avec l'hypothèse de l'utilisation des ressources, la niche climatique des espèces et la fragmentation du biome en tant que facteurs clés favorisant l'isolement.

Translated Description (Spanish)

La hipótesis del uso de recursos, propuesta por E.S. Vrba, afirma que la fragmentación del hábitat causada por las oscilaciones climáticas afectaría particularmente a los especialistas en biomas (especies que habitan solo un bioma), que podrían mostrar tasas de especiación y extinción más altas que los generalistas del bioma. De ser cierto, los linajes acumularían especies especializadas en biomas. Este efecto se vería particularmente exacerbado para los biomas ubicados en la periferia de las condiciones climáticas globales, a saber, biomas que tienen precipitaciones altas/bajas y temperaturas altas/bajas, como la selva tropical (cálido-húmedo), el desierto (cálido-seco), la estepa (frío-seco) y la tundra (frío-húmedo). Aquí, probamos estas hipótesis en mariposas cola de golondrina, un clado con más de 570 especies, que cubre todos los continentes menos la Antártida y todas las condiciones climáticas. Las mariposas cola de golondrina se encuentran entre los insectos más estudiados, y son un grupo modelo para estudios de biología evolutiva y ecología. Las reglas macroecológicas continentales normalmente se prueban con vertebrados, lo que significa que hay menos ejemplos que exploren patrones de invertebrados terrestres a escala global. Aquí, compilamos una gran base de datos del Sistema de Información Geográfica sobre los mapas de distribución de las mariposas cola de golondrina y utilizamos la filogenia calibrada en el tiempo más completa para cuantificar las tasas de diversificación (DR). En este artículo, nuestro objetivo es responder a las siguientes preguntas: (1) ¿Hay más mariposas cola de golondrina especializadas en biomas que generalistas en biomas? (2) ¿La DR está relacionada con la especialización del bioma? (3) Si es así, ¿las mariposas cola de golondrina que habitan en biomas extremos muestran DR más altas? (4) ¿Cuál es el efecto del área de distribución de especies? Nuestros resultados mostraron que la familia de cola de golondrina presenta un gran número de especialistas en biomas que mostraron DR sustancialmente más altas en comparación con los generalistas. También descubrimos que los especialistas en biomas están distribuidos de manera desigual entre los biomas. En general, nuestros resultados son consistentes con la hipótesis del uso de recursos, el nicho climático de las especies y la fragmentación del bioma como factores clave que promueven el aislamiento.

Files

gcb.16344.pdf

Files (15.9 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:706fee99a0ef98a2baddc3a7b6bbaac3
15.9 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
دراسة تطورية لتقييم العلاقة بين تخصص المناطق الحيوية والتنوع في فراشات ذيل السنونو
Translated title (French)
Une étude phylogénétique pour évaluer le lien entre la spécialisation du biome et la diversification chez les papillons à queue d'aronde
Translated title (Spanish)
Un estudio filogenético para evaluar el vínculo entre la especialización del bioma y la diversificación en las mariposas cola de golondrina

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4285493012
DOI
10.1111/gcb.16344

Is supplement to
https://openalex.org/W4390599260 (Other)
https://openalex.org/W4379116640 (Other)
https://openalex.org/W4310016817 (Other)
https://openalex.org/W3185490584 (Other)
https://openalex.org/W3152287990 (Other)
https://openalex.org/W2740743208 (Other)
https://openalex.org/W2586774764 (Other)
https://openalex.org/W2571401218 (Other)
https://openalex.org/W2402460927 (Other)
https://openalex.org/W2207589372 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Colombia

References

  • https://openalex.org/W1593262638
  • https://openalex.org/W1605984840
  • https://openalex.org/W1828825045
  • https://openalex.org/W1940358234
  • https://openalex.org/W1941944647
  • https://openalex.org/W1976348379
  • https://openalex.org/W2001371481
  • https://openalex.org/W2025298449
  • https://openalex.org/W2034051020
  • https://openalex.org/W2039068812
  • https://openalex.org/W2041356802
  • https://openalex.org/W2048950747
  • https://openalex.org/W2049530512
  • https://openalex.org/W2050185232
  • https://openalex.org/W2050746391
  • https://openalex.org/W2055380429
  • https://openalex.org/W2070700885
  • https://openalex.org/W2080191632
  • https://openalex.org/W2092302011
  • https://openalex.org/W2099699510
  • https://openalex.org/W2112184907
  • https://openalex.org/W2114187690
  • https://openalex.org/W2118044712
  • https://openalex.org/W2118658535
  • https://openalex.org/W2125206817
  • https://openalex.org/W2126611358
  • https://openalex.org/W2127779696
  • https://openalex.org/W2133360663
  • https://openalex.org/W2147009589
  • https://openalex.org/W2147942252
  • https://openalex.org/W2149446938
  • https://openalex.org/W2154518589
  • https://openalex.org/W2167909753
  • https://openalex.org/W2168641788
  • https://openalex.org/W2174203408
  • https://openalex.org/W2278335044
  • https://openalex.org/W2557127383
  • https://openalex.org/W2586578362
  • https://openalex.org/W2592760290
  • https://openalex.org/W2594807712
  • https://openalex.org/W2618043478
  • https://openalex.org/W2767491499
  • https://openalex.org/W2790784000
  • https://openalex.org/W2804515426
  • https://openalex.org/W2808021742
  • https://openalex.org/W2883830382
  • https://openalex.org/W2944397307
  • https://openalex.org/W2951758813
  • https://openalex.org/W2990790115
  • https://openalex.org/W3016352084
  • https://openalex.org/W3033895568
  • https://openalex.org/W3091953344
  • https://openalex.org/W3092237769
  • https://openalex.org/W3118694029
  • https://openalex.org/W4214619278
  • https://openalex.org/W4253730102
  • https://openalex.org/W4285493012
  • https://openalex.org/W4388359932
  • https://openalex.org/W76442416