Genetic and demographic structure of populations of two brittle-star species which display contrasted history traits of life, Acrocnida brachiata and Ophiothrix fragilis, in North-East Atlantic
Structures génétique et démographique des populations de deux espèces d'ophiures aux caractéristiques biologiques contrastées, Acrocnida brachiata et Ophiothrix fragilis, en Atlantique Nord-Est
Résumé
Nowadays species distribution mainly depends on population history and abilities of migrants to colonize new territories. Dispersal capacities of marine organisms are mainly related to the time spent in the water column by larvae and by habitat fragmentation. Two species of brittle-star of the North-East Atlantic, A. brachiata and O.fragilis, which show different life history traits, have been studied. Parallel population genetics and dynamics approaches have been chosen in the aim of better delineate how past and present gene flow may explain the actual distribution of species. A. brachiata includes two ecotypic sibling species which diverge 5 My ago, at the Mio-Pliocene transition. One lineage lives in intertidal, the second in subtidal. Colonization history seems to differ between these two lineages, because of different glacial refugia localisation. Populations are highly genetically structured: flow is mainly reduced due to a short larval phase and the high level of habitat fragmentation. Hybridization between lineages occur at low rate due to selection against hybrids in both habitat during recruitment. Adult migration might occur and is likely to homogenise genetic structure at microspatial scale. Demographic functioning seems to show a pluri-annual cycle as annual recruitment seems insufficient to ensure population sustainability. O. fragilis is also a complex of two sibling species, one in the Southern Europe, the other one on North- Atlantic coasts. The latter is divided into two ecotypic varieties, one mainly adapted to subtidal life, the other to the intertidal one. Co-occurrence of the two varieties induces a first level of genetic structure. Actually, most of the genetic structure is due to local processes and not to geographical isolation, in agreement with a species displaying a long larval phase and living in continuous habitat. These local processes seem to induce a temporal Walhund effect, probably due to a metapopulation functioning. Great disparities in population dynamics between sites may also contribute to the chaotic genetic structure of populations. Results obtained for these two species provide new insights on how past history influence species distribution and how local processes play a major role in structuring populations.
La distribution des espèces dépend de leur histoire évolutive et de leur capacité à disperser et coloniser de nouveaux territoires. En milieu marin, cette capacité de dispersion est conditionnée par la durée de la phase larvaire et la répartition plus ou moins continue de leur habitat. Afin de mieux comprendre la part respective de ces différents facteurs, l’histoire passée et contemporaine des populations a été étudiée, par le biais de la génétique et de la dynamique des populations, pour deux espèces d’ophiures de l’Atlantique Nord-Est, A. brachiata et O.fragilis, qui présentent des caractéristiques biologiques contrastées. L’espèce A. brachiata est constituée de deux lignées écotypiques dont la spéciation aurait été de nature allopatrique à la transition Mio-Pliocène (5 MA). Chaque lignée se répartit préférentiellement à un étage bathymétrique, l’une en milieu subtidal et l’autre en milieu intertidal, avec une histoire de colonisation de l’habitat propre à chaque lignée, depuis des refuges glaciaires différents. Les échanges entre populations sont très faibles, en raison de la fragmentation de l’habitat sablo-vaseux et de la phase dispersive courte (quatre jours). Des phénomènes d’hybridation rares sont observés entre lignées et apparaissent fortement contre-sélectionnés par l’habitat lors de la phase de recrutement. Des mécanismes de migration d’adultes semblent homogénéiser les populations à micro-échelle. Le fonctionnement des populations d’A. brachiata ne semble pas suivre un rythme de renouvellement annuel mais plutôt se faire par des épisodes de recrutement plus conséquents certaines années. L’espèce O. fragilis est également constituée de deux lignées génétiques dont l’une est inféodée à la Méditerranée et aux côtes de la péninsule ibérique tandis que l’autre est présente sur les côtes bretonnes et de la Manche. Cette seconde lignée se subdivise en deux variétés écotypiques, l’une vraisemblablement adaptée à une vie subtidale grégaire et l’autre à des habitats intertidaux. L’existence de ces variétés induit un premier niveau de structure génétique relativement faible. En dépit du fait que l’espèce vit majoritairement sur des fonds caillouteux qui forment un continuum d’habitats favorables en Manche et que la durée de sa phase larvaire soit longue (environ 21 jours), la structure des populations d’O. fragilis semble être le reflet de processus locaux, tels que des effets Walhund temporels, plutôt que celui des processus d’isolement géographique. Le fonctionnement démographique d’O. fragilis montre d’importantes disparités entre sites, qui peuvent également contribuer à la structure globale de l’espèce. L’ensemble de ces résultats, mis en parallèle, souligne l’importance des processus historiques dans la répartition globale de l’espèce et celle des processus locaux dans la structure contemporaine des populations.