Faktory utvářející společenstva sladkovodních měkkýšů nížinných stojatých vod na regionální úrovni: pohled přes metaspolečenstva

Mgr. Erika Šlachtová, Ph.D.

Doctoral thesis

Factors shaping mollusc assemblages in lowland stagnant waters within regional scales: a metacommunity approach

Abstract:

Měkkýši jsou jednou z druhově nejbohatších skupin organismů na světě. Mlži a plži dosahují velké diverzity ve sladkovodních ekosystémech, které ale v současnosti čelí řadě antropogenních vlivů, jako jsou eutrofizace nebo biologické invaze. Je otázkou, jak tyto změny ovlivňují přítomnost a druhovou skladbu měkkýšů, kteří jakožto pasivně se šířící organismy nemají možnost aktivně si vybrat vhodný habitat. Velkou roli hraje také tolerance druhů k podmínkám prostředí, kdy se generalisté (zahrnující i nepůvodní druhy) snáze uchytí i na antropogenně zatížených lokalitách, zatímco druhy citlivější na nové podmínky prostředí jsou selektovány. V první části se má disertační práce do hloubky zabývala studiem důležitých environmentálních proměnných prostředí, které ovlivňují strukturu společenstev měkkýšů ve dvou modelových jezerních systémech v zemědělské krajině v České republice a v Albánii. V obou systémech jsem prozkoumala malakofaunu na celkem 120 jezerech a změřila potenciálně důležité proměnné, které jsem poté podrobila statistickým analýzám. Jako nejdůležitější pro druhovou bohatost, početnost a strukturu společenstev napříč systémy se ukázaly hrubost substrátu, průhlednost vody, pokryv různými typy litorální vegetace, zastínění jezera, trofický stav vody a velikost jezer. Dále jsme se zaměřila na studium významu prostorového rozložení jezer v krajině a propojenosti jezer kanály. Druhová společenstva měkkýšů v nepropojeném sytému jezer v Albánii si byla podobnější na bližších jezerech, zatímco měkkýší společenstva v propojeném systému jezer v Česku reflektovala především podmínky prostředí s malým významem prostorového rozložení lokalit. Jednoduše řečeno, propojenost systému hrála zásadní roli pro měkkýše, kteří se tak snáze dostali a založili populace na vhodných jezerech, a to i na malé vzdálenosti mezi jezery od 60 m do 12 km. V českých jezerech jsem také pozorovala silný selekční tlak na výskyt generalistů a nepůvodních druhů ve vysoce eutrofizovaných jezerech. Přičemž, metaspolečenstvo jezer s nízkou trofií bylo kontrolováno podmínkami prostředí a vzdáleností těles od sebe, zatímco metaspolečenstvo měkkýšů jezer s vysokou trofií bylo řízeno téměř výhradně podmínkami prostředí. V poslední části výzkumu jsem se zaměřila na bližší prozkoumání evropského nepůvodního druhu Gyraulus parvus (Say, 1817), který pochází ze Severní Ameriky a dokáže přežít i v silně antropogenně zatížených stojatých vodách. Znalosti o jeho rozšíření jsou však nedostatečné kvůli náročnému odlišení od evropského původního druhu G. laevis (Alder, 1838), který preferuje živinově chudé tůně a mokřady a v současnosti z krajiny mizí. Společně s kolegy jsme si proto dali za cíl prozkoumat pomocí fylogenetických analýz založených na mitochondriálních a jaderných sekvencích DNA rozdíly mezi těmito taxony. Výsledky jasně ukázaly, že G. parvus a G. laevis jsou ve skutečnosti součástí stejné skupiny na úrovni druhu, přičemž jméno G. parvus má nomenklaturní prioritu. Struktura v mitochondriálním stromu navíc naznačila severoamerický původ invazních populací šířících se v Evropě i v zemích, kde druh G. parvus dosud nebyl zaznamenán. Ukazuje se tak, že invaze představuje vážnou hrozbu i na vnitrodruhové úrovni, kdy jsou ekologicky citlivější původní populace postupně vytlačovány těmi nepůvodními, a že při identifikaci měkkýšů nelze vždy spoléhat pouze na popisované morfologické rozdíly.

Abstract:

The molluscs are one of the most diverse and species-rich groups of animals in the world. Gastropods and bivalves achieve high diversity in freshwater ecosystems that are currently threatened by a number of human-related threats, such as eutrophication and biological invasions. The question is how these changes affect the presence and mollusc assemblage structure, which, as passive dispersers, are unable to track environmental variability in habitats. Species tolerance to environmental conditions also plays an important role, as generalists (including non-native species) can readily colonise anthropogenically altered waters, while species that are more sensitive to new environmental conditions are selected. In the first part of my dissertation, I dealt in detail with important environmental variables for the structure of the mollusc assemblage in two model lake systems in an agricultural landscape, one in the Czech Republic and the second in Albania. I studied the malacofauna in a total of 120 lakes and measured all potentially important environmental variables, which were then subjected to statistical analyses. Across the lake systems, the most important variables for species richness, abundance, and assemblage structure were substrate coarseness, water transparency, various littoral vegetation cover, canopy cover, water trophic state, and lake surface area. I then examined the effects of the spatial configuration of the lakes and their connectivity via water channels. Mollusc assemblages of the unconnected lakes in Albania were more similar to the neighbouring lakes, while the assemblages of the connected lakes in Czechia were mainly determined by environmental conditions, with only a small contribution of spatial configuration of the lakes. Simply put, the interconnectedness of the system played a crucial role for molluscs, which found it easier to reach suitable lakes and establish populations there, even at short distances between lakes ranging from 60 m to 12 km. In Czech lakes, I also observed strong selection pressure that favoured the occurrence of generalists and non-native species in highly eutrophic lakes. The metacommunity of low trophic lakes was controlled by shared effect of environmental conditions and spatial configuration, whereas the metacommunity of high trophic lakes was controlled almost exclusively by environmental conditions. In the last part of the dissertation, I focused on a more detailed study of the North American Gyraulus parvus (Say, 1817), a species that is not native to Europe and inhabits anthropogenically modified water bodies. Knowledge of its distribution has been complicated by the fact that it is easily confused with the native G. laevis (Alder, 1838), which prefers mesotrophic pools and wetlands and is currently disappearing from the wild. Together with my colleagues, we aimed to investigate phylogenetic analyses based on differences in mitochondrial and nuclear DNA sequences between these taxa. The results clearly showed that G. parvus and G. laevis are indeed part of the same species-level clade, with G. parvus having nomenclatural priority. The structure within the mitochondrial phylogenetic tree suggests a North American origin of the non-native populations spreading in Europe, even in countries where G. parvus has not been previously recorded. The results showed that biological invasion also poses a serious threat to native populations at the intraspecific level, namely when environmentally sensitive native populations are replaced by non-natives, and that identification of molluscs cannot always be based on morphological differences alone.

Keywords

Diverzita, eutrofizace, invazivní populace, malé vodní plochy, nepůvodní druhy, pasivní šíření, proměnné prostředí, propojenost, sladkovodní měkkýši, genotyp, zemědělská krajina, Agricultural land, Connectivity, Diversity patterns, Environmental conditions, Eutrophication, Freshwater molluscs, Genotype, Invasive race, Non-native species, Passive dispersion, Small lakes

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 7. 2. 2022

Thesis defence

• Date of defence: 5. 5. 2022
• Supervisor: prof. RNDr. Michal Horsák, Ph.D.
• Reader: prof. Dr. Martin Haase, prof. RNDr. Jakub Vrba, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Ecological and Evolutionary Biology / Ecology