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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.41.2023.tde-03012024-163210
Document
Author
Full name
Claudia Francesca Vaga
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2023
Supervisor
Committee
Kitahara, Marcelo Visentini (President)
Lindner, Alberto
McFadden, Catherine
Nunes, Flavia
Title in Portuguese
História evolutiva da ordem Scleractinia (Cnidaria, Anthozoa) e sua relação com mudanças climáticas globais
Keywords in Portuguese
filogenia
mudanças climaticas
Scleractinia
Abstract in Portuguese
Os corais escleractinianos, também conhecidos como corais duros, criam interos recifes de águas rasas e profundas, que são entre os ecossistemas oceânicos mais complexos, produtivos e biologicamente diversos. Apesar de sua importância ecológica e econômica, a história evolutiva da ordem e a filogenia de muitos táxons escleractíneos permanecem não resolvidas em diferentes níveis, e a permanencia de características, como fotossimbiose e colonialidade, na evoluçao permanece em debate. No especifico, análises moleculares visando desvendar a filogenia de Scleractinia têm sido historicamente prejudicadas pela omissão de espécies azooxanteladas e, consequentemente, por uma amostragem desigual entre famílias. Neste contexto, e dentro do atual cenário de mudanças climáticas globais e seus impactos no futuro deste grupo animal, um melhor entendimento de suas relações filogenéticas é relevante e necessário. Para a presente tese, mais de 200 espécies de escleractíneos, principalmente azooxantelados, foram sequenciadas através métodos de enriquecimento ou de skimming do genoma, e os resultados foram integrados com dados disponíveis de espécies de águas rasas. Ambos elementos nucleares ultraconservados e genomas mitocondriais completos foram recuperados e usados para reconstruções filogenômicas de toda a ordem ou de linhagens específicas. Novos clados que não correspondem a nenhuma das famílias existentes foram descobertos, e Turbinoliidae uma das famílias mais especiosas composta apenas por espécies azooxanteladas foi recuperada como polifilética pela primeira vez. Ambas as características macro e micromorfológicas da família e clados mencionados foram analisadas para reavaliar as características taxonomicamente informativas. Integrando resultados moleculares e morfológicos, três novas famílias e um novo gênero são descritos nesta tese. Uma análise de relógio molecular foi aplicada à filogenia da ordem toda, taxas de diversificação entre diferentes linhagens e estados ancestrais de colonialidade, simbiose, relação com o substrato e faixas de profundidade foram calculadas. Os resultados foram usados para abordar como (i) mudanças globais na temperatura e concentração de CO2, (ii) eventos anóxicos e (iii) eventos de extinção em massa conduziram a evolução e diversificação das linhagens de corais. O relógio molecular colocou a origem de Scleractinia no Ordoviciano ca. 460 Ma, conectando a ordem com os fósseis escleractiniamorfos. Algumas famílias coloniais e zooxanteladas surgiram primeiro em um período de temperatura global e concentração de CO2 estáveis, enquanto a maioria das linhagens azooxanteladas surgiu após eventos anóxicos e de acidificação do Mesozóico que impactaram catastroficamente contrapartes de águas rasas. Assim, táxons solitários e de águas profundas possivelmente funcionaram como repositório para a recolonização subsequente de águas rasas e reaparecimento de linhagens coloniais. Em conclusão, esses resultados desvendam as relações de algumas linhagens de escleractínios e melhoram nossa compreensão da história evolutiva da ordem, especificamente como diferentes linhagens de corais resistem a eventos adversos globais no passado.
Title in English
Evolutionary history of the order Scleractinia (Cnidaria, Anthozoa) and its relation to global climate change
Keywords in English
climate change
phylogeny
Scleractinia
Abstract in English
Scleractinian corals, also known as stony corals, engineer entire shallow and deep-water reefs, which are among the most complex, productive, and biologically diverse ocean ecosystems. Despite their ecological and economic importance, the evolutionary history of the order and the phylogeny of many scleractinian taxa remain unresolved at different levels and the maintenance of traits, such as coral photosymbiosis and coloniality, across evolutionary time scales remains in debate. Specifically, molecular analyses aiming at untangling the phylogeny of Scleractinia have been historically hampered by the omission of azooxanthellate species and, consequently, by an uneven species sampling between families. In this context, and within the current scenario of global climate change and its impacts on the future of this important animal group, a better understanding of their phylogenetic relationships is relevant and necessary. For the present thesis, more than 200 scleractinian species, mainly azooxanthellate, were sequenced through target enrichment or genome skimming methods, and results were integrated with available data of shallow-water species. Both nuclear ultraconserved elements and complete mitochondrial genome were retrieved and used for phylogenomic reconstructions of the entire order or specific lineages. Novel clades that do not correspond with any of the extant families were uncovered, and Turbinoliidae one of the most specious family composed only azooxanthellate species was recovered as polyphyletic for the first time. Both macro and micromorphological characteristics of the aforementioned family and clades were analyzed to reassess the taxonomically informative features. Integrating molecular and morphological results, three new families and one new genus are described in this thesis. A molecular clock analyses was applied to the phylogeny of the entire order, diversification rates among different lineages and ancestral states of coloniality, symbiosis, relationship to substrate, and depth ranges were calculated. The results were used to address how past global (i) changes in temperature and CO2 concentration, (ii) anoxic events, and (iii) mass extinction events drove the evolution and diversification of scleractinian lineages. Molecular clock estimation pushed the Scleractinia origin in the Ordovician ca. 460 Ma, linking the order with the scleractiniamorph fossils. Some colonial and zooxanthellate families arose firstly in a period of stable global temperature and CO2 concentration, while the majority of azooxanthellate lineages arose after Mesozoic anoxic and acidification events that impacted catastrophically shallow-water counterparts. Thus, solitary and deep-water taxa possibly worked as a repository for following re-colonization of shallow-water and reappearance of colonial lineages. In conclusion, these results untangle the relationships of some scleractinian lineages and improve our understanding of the evolutionary history of the order, specifically how different corals lineages endure past global adverse events.
 
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Release Date
2025-10-18
Publishing Date
2024-01-15
 
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