Phylogeography of Caridina sulawesi Species Group (Crustacea: Decapoda: Atyidae)

Abstract

Phylogeography study using mitochondrial DNA becomes popular to reveal spatial structuring among close related taxa of animals including the members of atyid shrimp. Caridina H. Milne-Edwards, 1837, the most diverse genus of the family Atyidae, faced a high extinction level especially for those endemic species with a limited range of distribution. Sulawesi Island holds the highest number of endemic species of the genus Caridina, both lacustrine and riverine species are inhabitants with unique distribution because many are restricted to certain areas. Based on several studies, in contrast, C. sulawesi has a wide distribution range from South to Central Sulawesi. However, their systematic status remains unclear due to lack of comprehensive analysis among the populations through genetic approach. This study provides the first molecular approach to reveal (i) the phylogenetic relationships, and (ii) genetic differentiation both intra- and inter populations of C. sulawesi and (iii) the relationship between spatial distribution and the geological processes of Sulawesi Island in the past. The samples were originated from seven localities covering the Central and South Sulawesi. A fragment of cytochrome oxidase subunit I (COI) with a final length of 781 bp was obtained from 36 individuals. A phylogenetic tree shows C. sulawesi to be monophyletic and contains of six different subclades with samples from South Sulawesi as a sister clade of the Central Sulawesi population. These two populations were separated by 10.2 to 11.3% genetic distance (K2P), and mostly correlated to the geographical region where the specimens were found. Caridina sulawesi specimens are potentially contained of two different species (cryptic), although they display sharing morphological characters. From the whole populations, a total of 21 haplotypes were found with moderate to high genetic diversity. The genetic variation was observed higher among the populations than within the populations, with high and significant FST indicated strong genetic structuring in C. sulawesi species group. The current distribution of the lineages of C. sulawesi can be explained by both large and small scales phylogeography. Long-distance dispersal as the result of ancestor life traits thus can expand their distribution. Furthermore, the geographical (mountain range) and ecological barriers (climate change) become barriers to the isolation of the C. sulawesi populations. The hidden diversity that might produce from the cryptic species emphasizes that the conservation efforts should place freshwater management strategies to prevent the population from decreasing through human activities.

Studi tentang filogeografi menggunakan penanda DNA mitokondria menjadi populer untuk mempelajari penataan spasial pada kelompok taksa yang berkerabat dekat termasuk anggota udang air tawar famili Atyidae. Caridina H. Milne Edwards, 1837, genus dengan anggota spesies terbanyak, menghadapi tingkat kepunahan yang tinggi terutama untuk spesies endemik yang memiliki cakupan distribusi terbatas. Pulau Sulawesi memiliki jumlah spesies endemik udang Caridina paling banyak, baik spesies yang menghuni perairan danau maupun sungai dengan sebaran unik karena banyak yang terbatas pada daerah tertentu. Sebaliknya, C. sulawesi berdasarkan beberapa penelitian memiliki sebaran yang luas mulai dari Sulawesi Selatan hingga Sulawesi Tengah. Namun demikian, status C. sulawesi masih belum jelas karena belum pernah dilakukannya analisis komprehensif antar populasi dengan menggunakan pendekatan genetik. Penelitian ini menyajikan analisa molekuler pertama untuk mengungkap (i) hubungan filogenetik, dan (ii) diferensiasi genetik baik intra- maupun interpopulasi pada C. sulawesi dan (iii) hubungan antara pola distribusinya dengan proses geologi Pulau Sulawesi pada masa lampau. Sampel C. sulawesi dikoleksi dari tujuh lokasi yang meliputi Sulawesi Tengah dan Selatan. Potongan gen cytochrome oxidase subunit I (COI) dengan panjang sekitar 781 pasang basa diperoleh dari 36 individu. Hasil analisis pohon filogenetik menunjukkan bahwa C. sulawesi bersifat monofiletik dan terdiri atas enam subklad yang berbeda dengan sampel yang berasal dari Sulawesi Selatan sebagai klad saudara (sister) dari populasi Sulawesi Tengah. Kedua populasi ini terpisah oleh jarak genetik (K2P) sebesar 10.2 hingga 11.3% dan sebagian besar berkorelasi dengan wilayah geografis tempat spesimen ditemukan. Spesimen Caridina sulawesi berpotensi terdiri atas dua spesies yang berbeda, meskipun memiliki kemiripan dari segi morfologi (cryptic). Total secara keseluruhan ditemukan sebanyak 21 haplotype dengan keragaman genetik sedang hingga tinggi. Analisis variasi genetik menunjukan persentase yang lebih tinggi antar populasi dibanding dalam populasi, dengan FST yang tinggi dan signifikan menunjukkan strukturisasi genetik yang kuat pada C. sulawesi spesies grup. Pola distribusi garis keturunan C. sulawesi pada saat ini dapat dijelaskan oleh filogeografi skala besar dan kecil. Penyebaran jarak jauh sebagai akibat dari sifat awal kehidupan (life history traits) nenek moyang (ancestor) sehingga dapat memperluas penyebarannya. Selanjutnya, hambatan geografis (pegunungan) dan ekologi (perubahan iklim) menjadi penghalang sehingga mengisolasi populasi C. sulawesi. Keanekaragaman yang belum terkuak disebabkan oleh keberadaan spesies cryptic ini memperjelas bahwa upaya konservasi perlu melibatkan strategi pengelolaan air tawar untuk mencegah penurunan populasi melalui aktivitas manusia.