Phylogenetic signal and major ecological shifts in the ecomorphological structure of stream fish in two river basins in Brazil

Abstract

We tested the contribution of the phylogenetic and specific components to the ecomorphological structure of stream fish from the upper Paraguai River and upper São Francisco River basins, and identified nodes in the phylogenetic tree at which major ecological shifts occurred. Fish were sampled between June and October of 2008 in 12 streams (six in each basin). In total, 22 species from the upper Paraguai River basin and 12 from the upper São Francisco River were analyzed. The ecomorphological patterns exhibited phylogenetic signal, indicating that the ecomorphological similarity among species is associated with the degree of relatedness. A strong habitat template is most likely to be the primary cause for a high phylogenetic signal. A significant contribution from the specific component was also detected, supporting the idea that the phylogenetic signal occurs in some clades for some traits, but not in others. The major ecological shifts were observed in the basal nodes, suggesting that ecological niche differences appear to accumulate early in the evolutionary history of major clades. This finding reinforces the role of key traits in the diversification of Neotropical fishes. Ecological shifts in recent groups could be related to morphological modifications associated with habitat use.Examinamos a contribuição dos componentes filogenético e específico para a estrutura ecomorfológica de peixes de riacho das bacias do alto rio Paraguai e do alto rio São Francisco, e identificamos os nós na árvore filogenética onde ocorreram as maiores mudanças ecológicas. Os peixes foram amostrados entre junho e outubro de 2008 em 12 riachos (seis em cada bacia). No total, 22 espécies do alto rio Paraguai foram analisadas e 12 do alto rio São Francisco. O padrão ecomorfológico exibiu sinal filogenético, indicando que a similaridade ecomorfológica entre as espécies está associada com o grau de parentesco. Um forte 'habitat template' é provavelmente a maior causa para o forte sinal filogenético. Foi detectada uma significativa contribuição do componente específico, apoiando a ideia de que o sinal filogenético ocorre em alguns clados para alguns traços, mas não em outros. As maiores mudanças ecológicas foram observadas nos nós basais sugerindo que as diferenças do nicho ecológico em peixes de riacho parecem acumular-se cedo na história evolutiva dos clados e reforça o papel de traços fundamentais na diversificação de peixes Neotropicais. Mudanças ecológicas em grupos recentes podem estar relacionadas com uma modificação morfológica associada ao uso do habitat. Keywords IntroductionPhenotypic traits provide useful information about the relationship between an organism and its environment (Ricklefs & Miles, 1994). Ecomorphology involves the adaptive nature of a phenotype, in the sense that particular phenotypes maximize fitness in particular environments (Ricklefs & Miles, 1994). Because morphology integrates ecological relationships over large temporal and spatial scales, ecomorphology assumes that such generalized patterns of corre...

Taxonomic, functional, and phylogenetic β‐diversity patterns of stream fish assemblages in tropical agroecosystems

“…It is also likely that the mismatch of phylogenetic facet is due to the variation of phylogenetic signal in some functional traits. For instance, we considered ecomorphological traits that have a strong phylogenetic signal (Roa‐Fuentes, Casatti, & Romero, ) but at the same time, we included labile traits, such as trophic guild, adaptation to anoxic conditions, and preference for substrate (Brommer, ; Zeni & Casatti, ). Correlation between phylogenetic and functional diversity depends on the considered traits and the level of their phylogenetic signal (Winter, Devictor, & Schweiger, ).…”

Ecological and phylogenetic determinants of life‐history patterns among ten loricariid species

“…In this way, our study supports the hypothesis that phylogenetic history is more important in the determination of life‐history strategies than key ecological factors. This is consistent with studies carried out in fish (Lujan et al ., ; Roa‐Fuentes et al ., ; Vila‐Gispert et al ., ) and other vertebrate groups (Bellini et al ., , ; Cadle & Greene, ; França et al ., ; Kraft et al ., ; Vitt & Pianka, ; Vitt et al ., ; Webb et al ., ), that sustain a strong signature of phylogenetic history on the observed phenotypic patterns of organisms.…”

Ecologia Filogenética De Comunidades De Peixes De Riacho Neotropicais

“…Estudos em escala local sugerem que a estrutura ecomorfológica (i.e., o padrão nos atributos morfológicos das espécies que têm relação com atributos ecológicos, como área das nadadeiras) das comunidades também apresenta sinal filogenético (Oliveira et al 2010, Soares et al 2013. Em peixes de riachos da Mata Atlântica, os atributos ecomorfológicos dependem da ordem taxonômica, com diferenças evidentes entre Characiformes e Siluriformes (Roa-Fuentes et al 2015). Em riachos costeiros e de planícies venezuelanas, as relações filogenéticas entre as espécies predizem tanto suas diferenças morfológicas quanto tróficas (Keppeler & Winemiller 2020).…”

“…Neste artigo, discutiremos os principais conceitos que baseiam a ecologia filogenética, revisamos como a história evolutiva estrutura a variação ecológica de peixes em nível de organismo e de comunidades, bem como apresentamos o potencial destes conceitos para auxiliar no entendimento dos padrões das comunidades de peixes de riachos Neotropicais. Também sumarizamos os principais resultados encontrados neste contexto, apesar do baixo número de artigos que abordem a temática até onde conhecemos: dois artigos sobre sinal filogenético (Roa-Fuentes et al 2015, Keppeler & Winemiller 2020, oito sobre estrutura de comunidades (Aquino & Colli 2017, Abreu et al 2019, Bowen & Winemiller 2019, Craig et al 2020, Nakamura et al 2017, Roa-Fuentes et al 2019 e nenhum com uma abordagem diretamente filogenética na conservação. Em seguida, na seção Aspectos Metodológicos, apresentaremos as principais ferramentas que podem ser aplicadas para o estudo da ecologia filogenética, incluindo a construção de árvores filogenéticas, métodos comparativos de atributos das espécies e análises da estrutura das comunidades.…”