Postglacilání šíření olše lepkavé (Alnus glutinosa) a olše šedé (Alnus incana) v Evropě

Ing. Alena Havrdová

Doctoral thesis

Postglacial colonization of black alder (Alnus glutinosa) and grey alder (Alnus incana) in Europe

Abstract:

Výrazné klimatické a environmentální změny během Čtvrtohor výrazně ovlivnily současné rozšíření druhů v Evropě. Byly navrženy různé teorie o přežívání dřevin během poslední doby ledové a dodnes není zcela jasné, kde byla umístěna jejich glaciální refugia a kudy vedly postglaciální migrační cesty. Cílem mé disertační práce bylo propojit data získaná analýzou fosilních záznamů a genetických analýz, a tím rozšířit znalosti o postglaciální historii druhů Alnus glutinosa a Alnus incana. Paleoekologická data ukázala, že nejen jižní refugia, ale i ta severní byla významným zdrojem pro postglaciální expanzi olší. Opožděná expanze, která byla typická pro některé regiony, byla pravděpodobně limitována nepříznivými podmínkami prostředí. Molekulární studie odhalila, že temperátní druh A. glutinosa měl odlišnou postglaciální historii než boreální druh A. incana. Pro druh A. incana bylo nalezeno efektivní refugium ve střední Evropě, které bylo situované mimo klasická jižní refugia a potvrdilo, že boreální stromy mohly přežívat i v severněji umístěních refugiích. Právě z tohoto refugia, jehož zdrojem byly alpské populace, byla kolonizována Skandinávie. U druhu A. glutinosa probíhala kolonizace Evropy z několika jižněji umístěných refugií třemi migračními cestami: 1) ze severu Pyrenejského poloostrova do západní a střední Evropy a následně na Britské ostrovy, 2) z Apeninského poloostrova do Alp a 3) z východní části Balkánského poloostrova do Karpat a následně na severoevropské pláně. Bylo prokázáno, že migrující linie se několikrát setkaly a vytvořily sekundární zóny s vysokou genetickou diverzitou uvnitř populací ve střední Evropě a Skandinávii. V glaciálních refugiích na Iberském a Balkánském poloostrově jsme objevili dosud nepopsané tetraploidní populace druhu A. glutinosa. Žádné z těchto refugií pravděpodobně nebylo efektivní pro postglaciální kolonizaci střední a severní Evropy. Tento projekt objasnil nejenom, kde byla umístěna glaciální refugia evropských dřevin a která z nich byla efektivní, ale také ukázal, jaké byly hlavní směry postglaciální migrace. Tyto detailní výsledky bylo možné získat díky velkému množství vzorků z celého areálu druhů obou studovaných olší, testováním hypotéz stanovených na základě fosilních dat pomocí molekulárních analýz a použitím dvou molekulárních markerů, chloroplastové DNA a mikrosatelitů, lišících se typem přenosu mezi generacemi a jejich proměnlivostí. Tento přístup nám umožnil změnit některé dlouhodobě přetrvávající teorie a přinesl nové poznatky o postglaciální historii evropských dřevin.

Abstract:

Current species distribution in Europe was mainly influenced by massive climatic and environmental changes during the Quaternary period. Different theories concerning survival of tree species during the last ice age in Europe were proposed and up to date the position of glacial refugia and directions of migration routes are under active debate. My dissertation thesis aimed to combine information from fossil records and genetic analysis to improve knowledge on postglacial history of Alnus glutinosa and Alnus incana. The synthesis of palaeoecological data supports the idea that not only southern but also northern populations were important sources of postglacial Alnus expansion. The delayed Alnus expansion apparent in some regions was likely a result of environmental limitations. Our findings from molecular study showed differences in postglacial histories between temperate A. glutinosa and boreal A. incana. In the case of A. incana, we found an effective refugium in Central Europe located outside classical southern refugia confirming the existence of northern refugia for boreal trees in Europe. Fennoscandian populations are derived from Central-European ones that originated from populations in the Alps. For A. glutinosa, multiple southern refugia were revealed and three main directions of postglacial expansion were proposed: 1) from the northern part of the Iberian Peninsula to Western and Central Europe and subsequently to the British Isles, 2) from the Apennine Peninsula to the Alps, and 3) from the eastern part of the Balkan Peninsula to the Carpathians followed by expansion towards the Northern European plains. It has been shown that colonizing lineages have met several times and formed secondary contact zones with unexpectedly high population genetic diversity in Central Europe and Scandinavia. For the first time, we discovered tetraploid populations of A. glutinosa situated in the putative main glacial refugia on the Iberian and Balkan Peninsulas. Neither of them was probably involved in the colonization of Central and Northern Europe after glacial withdrawal. In conclusion, thanks to extensive population sampling, testing of hypothesis postulated based on fossil data by molecular data and using two molecular markers, i.e. chloroplast DNA and microsatellites, with different mode of inheritance and polymorphisms, this project revealed not only the position of glacial refugia of European tree species and discriminate between effective and non-effective ones, but also help infer the main migration routes. This approach enabled us to change some long-lasting paradigms and brought new pieces of knowledge about postglacial colonization of European tree species.

Keywords

molekulární analýzy, analýzy fosilních dat, Čtvrtohory, fylogeografie, glaciální refugia

Keywords

molecular analysis, analysis of fossil records, Quaternary, phylogeography, glacial refugia

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 22. 9. 2015

Thesis defence

• Supervisor: doc. Mgr. Bohumil Mandák, Ph.D.
• Reader: František Krahulec, Ing., externi, Tomáš Fér, externi, Helena Svitavská, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Environmental Science

Doctoral programme / field:
Ecology / Ecology