Published March 31, 2020
| Version v1
Publication
Open
Alternative Quantifications of Landscape Complementation to Model Gene Flow in Banded Longhorn Beetles [Typocerus v. velutinus (Olivier)]
Creators
- 1. Alabama Agricultural and Mechanical University
- 2. University of Illinois Urbana-Champaign
- 3. University of Göttingen
- 4. University of Nevada Reno
- 5. University of Toronto
- 6. Suez Canal University
Description
Rapid progression of human socio-economic activities has altered the structure and function of natural landscapes. Species that rely on multiple, complementary habitat types (i.e., landscape complementation) to complete their life cycle may be especially at risk. However, such landscape complementation has received little attention in the context of landscape connectivity modeling. A previous study on flower longhorn beetles (Cerambycidae: Lepturinae) integrated landscape complementation into a continuous habitat suitability 'surface', which was then used to quantify landscape connectivity between pairs of sampling sites using gradient-surface metrics. This connectivity model was validated with molecular genetic data collected for the banded longhorn beetle (Typocerus v. velutinus) in Indiana, United States. However, this approach has not been compared to alternative models in a landscape genetics context. Here, we used a discrete land use/land cover map to calculate landscape metrics related to landscape complementation based on a patch mosaic model (PMM) as an alternative to the previously published, continuous habitat suitability model (HSM). We evaluated the HSM surface with gradient surface metrics (GSM) and with two resistance-based models (RBM) based on least cost path (LCP) and commute distance (CD), in addition to an isolation-by-distance (IBD) model based on Euclidean distance. We compared the ability of these competing models of connectivity to explain pairwise genetic distances (RST) previously calculated from ten microsatellite genotypes of 454 beetles collected from 17 sites across Indiana, United States. Model selection with maximum likelihood population effects (MLPE) models found that GSM were most effective at explaining pairwise genetic distances as a proxy for gene flow across the landscape, followed by the landscape metrics calculated from the PMM, whereas the LCP model performed worse than both the CD and the isolation by distance model. We argue that the analysis of a continuous HSM with GSM might perform better because of their combined ability to effectively represent and quantify the continuous degree of landscape complementation (i.e., availability of complementary habitats in vicinity) found at and in-between sites, on which these beetles depend. Our findings may inform future studies that seek to model habitat connectivity in complex heterogeneous landscapes as natural habitats continue to become more fragmented in the Anthropocene.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
أدى التقدم السريع للأنشطة الاجتماعية والاقتصادية البشرية إلى تغيير بنية ووظيفة المناظر الطبيعية. قد تكون الأنواع التي تعتمد على أنواع موائل متعددة ومتكاملة (أي تكامل المناظر الطبيعية) لإكمال دورة حياتها معرضة للخطر بشكل خاص. ومع ذلك، لم يحظ تكامل المناظر الطبيعية هذا باهتمام كبير في سياق نمذجة اتصال المناظر الطبيعية. قامت دراسة سابقة على خنافس زهرة القرن الطويل (Cerambycidae: Lepturinae) بدمج تكامل المناظر الطبيعية في "سطح" ملاءمة الموائل المستمر، والذي تم استخدامه بعد ذلك لقياس اتصال المناظر الطبيعية بين أزواج من مواقع أخذ العينات باستخدام مقاييس سطح التدرج. تم التحقق من صحة نموذج الاتصال هذا باستخدام البيانات الوراثية الجزيئية التي تم جمعها للخنفساء طويلة القرن ذات النطاق (Typocerus v. velutinus) في ولاية إنديانا بالولايات المتحدة. ومع ذلك، لم تتم مقارنة هذا النهج بالنماذج البديلة في سياق علم وراثة المناظر الطبيعية. هنا، استخدمنا خريطة منفصلة لاستخدام الأراضي/الغطاء الأرضي لحساب مقاييس المناظر الطبيعية المتعلقة بتكملة المناظر الطبيعية بناءً على نموذج فسيفساء التصحيح (PMM) كبديل لنموذج ملاءمة الموائل المستمر المنشور مسبقًا (HSM). قمنا بتقييم سطح HSM باستخدام مقاييس سطح التدرج (GSM) وباستخدام نموذجين قائمين على المقاومة (RBM) بناءً على مسار أقل تكلفة (LCP) ومسافة التنقل (CD)، بالإضافة إلى نموذج العزل بالمسافة (IBD) بناءً على المسافة الإقليدية. قارنا قدرة هذه النماذج المتنافسة من الاتصال على شرح المسافات الوراثية الزوجية (RST) المحسوبة سابقًا من عشرة أنماط وراثية للأقمار الصناعية الدقيقة لـ 454 خنفساء تم جمعها من 17 موقعًا عبر إنديانا، الولايات المتحدة. وجد اختيار النموذج مع نماذج التأثيرات السكانية المحتملة القصوى (MLPE) أن GSM كانت أكثر فعالية في شرح المسافات الوراثية الزوجية كبديل لتدفق الجينات عبر المناظر الطبيعية، تليها مقاييس المناظر الطبيعية المحسوبة من PMM، في حين أن نموذج LCP كان أسوأ من كل من CD ونموذج العزل عن طريق المسافة. نحن نجادل بأن تحليل HSM المستمر مع GSM قد يكون أفضل بسبب قدرتها مجتمعة على تمثيل وقياس الدرجة المستمرة لتكامل المناظر الطبيعية بشكل فعال (أي توافر الموائل التكميلية في المنطقة المجاورة) الموجودة في وبين المواقع التي تعتمد عليها هذه الخنافس. قد تفيد نتائجنا الدراسات المستقبلية التي تسعى إلى نمذجة اتصال الموائل في المناظر الطبيعية المعقدة غير المتجانسة حيث تستمر الموائل الطبيعية في أن تصبح أكثر تجزئة في الأنثروبوسين.Translated Description (French)
La progression rapide des activités socio-économiques humaines a modifié la structure et la fonction des paysages naturels. Les espèces qui dépendent de plusieurs types d'habitats complémentaires (c.-à-d. la complémentarité du paysage) pour compléter leur cycle de vie peuvent être particulièrement en péril. Cependant, une telle complémentation du paysage a reçu peu d'attention dans le contexte de la modélisation de la connectivité du paysage. Une étude précédente sur les longicornes à fleurs (Cerambycidae : Lepturinae) a intégré la complémentation du paysage dans une « surface » continue d'adéquation de l'habitat, qui a ensuite été utilisée pour quantifier la connectivité du paysage entre des paires de sites d'échantillonnage à l'aide de mesures de gradient de surface. Ce modèle de connectivité a été validé à l'aide de données génétiques moléculaires recueillies pour le longicorne rayé (Typocerus v. velutinus) dans l'Indiana, aux États-Unis. Cependant, cette approche n'a pas été comparée à des modèles alternatifs dans un contexte de génétique du paysage. Ici, nous avons utilisé une carte discrète de l'utilisation des terres/de la couverture terrestre pour calculer les mesures du paysage liées à la complémentarité du paysage sur la base d'un modèle de mosaïque de parcelles (PMM) comme alternative au modèle d'adéquation de l'habitat (HSM) continu publié précédemment. Nous avons évalué la surface HSM avec des mesures de surface de gradient (GSM) et avec deux modèles basés sur la résistance (RBM) basés sur le chemin le moins coûteux (LCP) et la distance de trajet (CD), en plus d'un modèle d'isolation par distance (IBD) basé sur la distance euclidienne. Nous avons comparé la capacité de ces modèles concurrents de connectivité à expliquer les distances génétiques par paires (RST) précédemment calculées à partir de dix génotypes microsatellites de 454 coléoptères collectés dans 17 sites à travers l'Indiana, aux États-Unis. La sélection de modèles avec des modèles d'effets de population à maximum de vraisemblance (MLPE) a révélé que le GSM était le plus efficace pour expliquer les distances génétiques par paires comme indicateur du flux de gènes dans le paysage, suivi des mesures du paysage calculées à partir du PMM, alors que le modèle LCP était pire que le CD et le modèle d'isolement par distance. Nous soutenons que l'analyse d'un HSM continu avec GSM pourrait donner de meilleurs résultats en raison de leur capacité combinée à représenter et quantifier efficacement le degré continu de complémentarité du paysage (c.-à-d. la disponibilité d'habitats complémentaires à proximité) trouvé sur et entre les sites, dont dépendent ces coléoptères. Nos résultats pourraient éclairer les études futures qui cherchent à modéliser la connectivité des habitats dans des paysages hétérogènes complexes à mesure que les habitats naturels continuent de se fragmenter au cours de l'Anthropocène.Translated Description (Spanish)
La rápida progresión de las actividades socioeconómicas humanas ha alterado la estructura y la función de los paisajes naturales. Las especies que dependen de múltiples tipos de hábitats complementarios (es decir, la complementación del paisaje) para completar su ciclo de vida pueden estar especialmente en riesgo. Sin embargo, dicha complementación del paisaje ha recibido poca atención en el contexto del modelado de conectividad del paisaje. Un estudio previo sobre escarabajos de cuerno largo de las flores (Cerambycidae: Lepturinae) integró la complementación del paisaje en una 'superficie' de idoneidad continua del hábitat, que luego se utilizó para cuantificar la conectividad del paisaje entre pares de sitios de muestreo utilizando métricas de gradiente de superficie. Este modelo de conectividad se validó con datos genéticos moleculares recopilados para el escarabajo de cuerno largo con bandas (Typocerus v. velutinus) en Indiana, Estados Unidos. Sin embargo, este enfoque no se ha comparado con modelos alternativos en un contexto de genética del paisaje. Aquí, utilizamos un mapa discreto de uso del suelo/cobertura del suelo para calcular las métricas del paisaje relacionadas con la complementación del paisaje basadas en un modelo de mosaico de parches (PMM) como alternativa al modelo de idoneidad continua del hábitat (HSM) publicado anteriormente. Evaluamos la superficie HSM con métricas de superficie de gradiente (GSM) y con dos modelos basados en resistencia (RBM) basados en la ruta de menor costo (LCP) y la distancia de viaje (CD), además de un modelo de aislamiento por distancia (IBD) basado en la distancia euclidiana. Comparamos la capacidad de estos modelos de conectividad competidores para explicar las distancias genéticas por pares (RST) previamente calculadas a partir de diez genotipos de microsatélites de 454 escarabajos recolectados de 17 sitios en Indiana, Estados Unidos. La selección de modelos con efectos poblacionales de máxima probabilidad (MLPE) encontró que los modelos GSM fueron más efectivos para explicar las distancias genéticas por pares como un indicador del flujo génico a través del paisaje, seguido de las métricas del paisaje calculadas a partir del PMM, mientras que el modelo LCP tuvo un desempeño peor que el CD y el modelo de aislamiento por distancia. Argumentamos que el análisis de un HSM continuo con GSM podría funcionar mejor debido a su capacidad combinada para representar y cuantificar de manera efectiva el grado continuo de complementación del paisaje (es decir, la disponibilidad de hábitats complementarios en las cercanías) que se encuentran en los sitios intermedios, de los que dependen estos escarabajos. Nuestros hallazgos pueden informar estudios futuros que buscan modelar la conectividad del hábitat en paisajes heterogéneos complejos a medida que los hábitats naturales continúan fragmentándose en el Antropoceno.Files
pdf.pdf
Files
(8.2 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:4794a1d2560fe7b0c51746b90de22e9a
|
8.2 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- الكميات البديلة لتكملة المناظر الطبيعية لنموذج تدفق الجينات في الخنافس طويلة القرن المطوقة [Typocerus v. velutinus (Olivier)]
- Translated title (French)
- Quantifications alternatives de la complémentation du paysage au flux de gènes modèles chez les longicornes bagués [Typocerus v. velutinus (Olivier)]
- Translated title (Spanish)
- Cuantificaciones alternativas de la complementación del paisaje para modelar el flujo de genes en escarabajos de cuerno largo con bandas [Typocerus v. velutinus (Olivier)]
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3014155095
- DOI
- 10.3389/fgene.2020.00307
References
- https://openalex.org/W129305155
- https://openalex.org/W1519570384
- https://openalex.org/W176590896
- https://openalex.org/W1971962952
- https://openalex.org/W1980344423
- https://openalex.org/W1981557750
- https://openalex.org/W1986411350
- https://openalex.org/W1989343681
- https://openalex.org/W1991178029
- https://openalex.org/W2014034900
- https://openalex.org/W2017610975
- https://openalex.org/W2019249381
- https://openalex.org/W2024799461
- https://openalex.org/W2032632590
- https://openalex.org/W2041502569
- https://openalex.org/W2047694121
- https://openalex.org/W2053307761
- https://openalex.org/W2060755763
- https://openalex.org/W2064013311
- https://openalex.org/W2085220058
- https://openalex.org/W2085315239
- https://openalex.org/W2091202128
- https://openalex.org/W2099526933
- https://openalex.org/W2102848123
- https://openalex.org/W2104325982
- https://openalex.org/W2108038487
- https://openalex.org/W2113918943
- https://openalex.org/W2118426681
- https://openalex.org/W2131317366
- https://openalex.org/W2132087266
- https://openalex.org/W2132297696
- https://openalex.org/W2132629489
- https://openalex.org/W2139857790
- https://openalex.org/W2155952421
- https://openalex.org/W2157714118
- https://openalex.org/W2158196600
- https://openalex.org/W2158364367
- https://openalex.org/W2161992104
- https://openalex.org/W2168354561
- https://openalex.org/W2174335267
- https://openalex.org/W2199321793
- https://openalex.org/W2250595957
- https://openalex.org/W2342438636
- https://openalex.org/W2479007844
- https://openalex.org/W2514678010
- https://openalex.org/W2527055877
- https://openalex.org/W2552562243
- https://openalex.org/W2592694401
- https://openalex.org/W2606320812
- https://openalex.org/W2607063755
- https://openalex.org/W2618481621
- https://openalex.org/W2743112930
- https://openalex.org/W2896064614
- https://openalex.org/W2939861196
- https://openalex.org/W2950884547
- https://openalex.org/W2955437746
- https://openalex.org/W3188875553
- https://openalex.org/W4235644921
- https://openalex.org/W4285719527
- https://openalex.org/W4295978838
- https://openalex.org/W4302621621