The effect of reproductive system on invasiveness: lessons from South American weevils

  • Marcela Rodriguero Departamento de Ecología, Genética y Evolución, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, IEGEBA (UBA-CONICET), Intendente Guiraldes y Costanera Norte s/n, 40 Piso 4, Pabellón II, C1428EHA, Ciudad Autónoma de Buenos Aires, Argentina;
  • Noelia V Guzmán Departamento de Ecología, Genética y Evolución, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, IEGEBA (UBA-CONICET), Intendente Guiraldes y Costanera Norte s/n, 40 Piso 4, Pabellón II, C1428EHA, Ciudad Autónoma de Buenos Aires, Argentina
  • Analía A Lanteri División Entomología, Museo de la Plata, Facultad de Ciencias Naturales y Museo, Universidad Nacional de La Plata, Paseo del Bosque s/n, 1900, La Plata, Argentina
  • Viviana A Confalonieri Departamento de Ecología, Genética y Evolución, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, IEGEBA (UBA-CONICET), Intendente Guiraldes y Costanera Norte s/n, 40 Piso 4, Pabellón II, C1428EHA, Ciudad Autónoma de Buenos Aires, Argentina

Abstract

Successful invasion of a species into novel, marginal areas often requires the ability to face different ecological characteristics than those prevailing in its native environment. In insects, one of the factors that affect invasiveness is the reproductive system. Unisexuality provides advantages because a single specimen can initiate a new population. Unisexual reproduction precludes breakup of genetic combinations that promote ecological specialization, although it may limit evolutionary potential for colonization. In order to assess the importance of the reproductive mode in the colonization ability of the weevils that are native to South America, we compared 1 bisexual and 2 parthenogenetic species that expanded their ranges in the last 2 centuries. First, for parthenogenetic species we tested clonality of the sample. Second, we proposed central and marginal areas through phylogeographic and habitat modeling analyses, and identified the pathways of dispersal for each species. Bisexual Naupactus xanthographus (Germar) (Coleoptera: Curculionidae) expanded its range westward to areas with similar environmental constraints than in its native ecosystem. Conversely, parthenogenetic Naupactus leucoloma Boheman and Naupactus cervinus Boheman (both Coleoptera: Curculionidae) invaded other continents where they had low to null predicted habitat suitability. While a single clone of N. cervinus successfully established around the world in areas with apparently adverse conditions, clones of N. leucoloma expanded their range to areas only moderately suitable. We conclude that parthenogenesis is a driver in these particular species for colonization of marginal habitats. However, N. cervinus also would have pre-existing adaptations that allowed it to establish in areas with apparently low potential to survive.

 

Resumen

La colonización de áreas marginales a menudo requiere que la especie invasora sea capaz de enfrentar características ecológicas diferentes a aquellas que predominan en su área nativa. En los insectos, uno de los factores que afectan la capacidad invasiva figura el sistema reproductivo. La unisexualidad proporciona varias ventajas, entre ellas la capacidad de fundar una nueva población a partir de un único especimen y evitar la ruptura de las combinaciones genéticas que promueven la especialización ecológica, esta última puede limitar el potencial evolutivo para la colonización. A fin de evaluar la importancia del modo reproductivo en la capacidad colonizadora de un grupo de gorgojos nativos de Sudamérica, comparamos dos especies con reproducción partenogenética y una especie bisexual que expandieron su rango geográfico a lo largo de los últimos 200 años. Por un lado, para las especies partenogenéticas pusimos a prueba la hipótesis de reproducción clonal. Además, propusimos áreas centrales y marginales a través de análisis filogeográficos y de modelado ecológico del hábitat e identificamos las rutas de dispersión de cada especie. La especie bisexual Naupactus xanthographus (Germar) (Coleoptera: Curculionidae) expandió su rango hacia el oeste, estableciéndose en áreas con restricciones ambientales similares a las de su área nativa. Por el contrario, las especies partenogenéticas Naupactus leucoloma Boheman y Naupactus cervinus Boheman (ambos Coleoptera: Curculionidae) invadieron otros continentes, donde las predicciones de ocurrencia en base a las condiciones del hábitat son bajas a nulas.  Un único clon de N. cervinus consiguió establecerse en áreas con condiciones aparentemente adversas y los clones de N. leucoloma solo expandieron su rango a áreas moderadamente adecuadas. Concluimos que la partenogénesis es un factor fundamental en la colonización exitosa de hábitats marginales de estos gorgojos. Sin embargo, N. cervinus tendría adaptaciones pre-existentes que le habrían permitido el establecimiento en áreas con un potencial aparentemente bajo para la supervivencia.

Key Words: adaptation; colonization; Naupactini; parthenogenesis; phylogeography; habitat modeling analysis

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Published
2019-09-29
Section
Research Papers