Caracterización molecular y morfométrica del género scaptotrigona (apidaemeliponini) en mesoamérica

Abstract

Las abejas sin aguijón (tribu Meliponini) son un grupo de insectos sociales de la subfamilia Apinae formado por 42 géneros y un elevado número de especies, alrededor de 500, en las áreas tropicales. Dentro de su distribución, el área Neotropical es la que alberga una mayor diversidad y número de especies. Estos insectos tienen un papel muy importante como polinizadores generalistas tanto de la flora silvestre como en cultivos de gran importancia económica. Según numerosos estudios hay evidencias que apuntan a un declive mundial de las abejas y esto se acentúa más en las abejas sin aguijón por su particular biología y su distribución en zonas más amenazadas. En esta tesis nos hemos centrado en las tres especies del género Scaptotrigona que se encuentran distribuidas en México y el norte de Guatemala. Este género tiene una elevada diversidad de especies con 22 especies descritas y evidencias de especies crípticas. Para tratar de esclarecer el estado taxonómico de las especies S. mexicana, S. pectoralis y S. hellwegeri hemos utilizado marcadores morfométricos y moleculares para definir los taxones proclives a ser conservados. Se tomaron muestras de un total de 121 colonias (19 S. hellwegeri, 67 S. mexicana y 35 S. pectoralis) a través de su distribución, tanto de colonias salvajes como manejadas. Se utilizaron de una a seis obreras por colonia para detectar la variación de la forma del ala, mientras que un obrera por colonia se genotipo con siete loci de microsatélites polimórficos. En el primer capítulo, la técnica del código de barras genético (DNA barcoding) se ha utilizado con éxito para caracterizar e identificar la biodiversidad de manera rápida y fiable. Este método sugirió la existencia de especies crípticas dentro de S. mexicana y corroboró relaciones filogenéticas corroboradas previamente entre las tres especies. En el segundo capítulo, basándonos en evidencias previas de la alta diversidad subyacente en las especies de Scaptotrigona, analizamos dos especies, S. mexicana y S. pectoralis, tanto con la morfometría geométrica como con microsatélites para comprobar la existencia de, al menos, dos especies en S. mexicana, y para investigar el estado de la especie S. pectoralis. Ambas técnicas mostraron diferencias entre las poblaciones de S. mexicana de la costa del Pacífico (Sm1) y las del Atlántico (Sm2) pero no se observó diferenciación en las poblaciones de S. pectoralis. Estos resultados revelaron una diferenciación de dos unidades evolutivas en S. mexicana, lo que sugiere la necesidad de una revisión taxonómica y el desarrollo de actividades de manejo y conservación para preservar dicha diversidad. En el último capítulo se testó la delimitación de especies mediante marcadores moleculares a través de la realización de análisis (árboles filogenéticos y límites de especies dentro de un enfoque de coalescencia bayesiano) para confirmar el soporte de las especies putativas. Primero, se obtuvieron dos hipótesis diferentes con cuatro y seis especies. Posteriormente, la validación de dichas hipótesis de especies mediante un análisis objetivo que reduce el sesgo introducido por el investigador, respaldó un escenario con cuatro especies donde se confirma que S. mexicana es un complejo de dos especies (Sm1 y Sm2) distribuidas a lo largo de las costas del Pacífico y del Atlántico respectivamente. Por ello, se recomienda el manejo de ambas especies de manera separada evitando el intercambio de colonias para conservar ambos taxones. Por otro lado, S. pectoralis y S. hellwegeri se confirmaron como especies únicas pero con signos de diferenciación entre sus poblaciones. Esta tesis ha explorado el patrón de diferenciación dentro de las especies S. hellwegeri, S. mexicana y S. pectoralis distribuidas en México y en el norte de Guatemala. Nuestros resultados de la morfología geométrica y de los análisis moleculares apuntaron hacia la existencia de linajes crípticos dentro de estas especies. El género Scaptotrigona es más diverso de lo esperado, pero aún existen muchos aspectos sobre su diversidad, distribución y biología por estudiar. Esta tesis ha de mostrado el impacto que el manejo tiene en la diversidad de estas especies. Por ello, recomendamos el establecimiento de programas para la conservación de la biodiversidad de las abejas nativas de México y para mejorar la práctica ancestral de la meliponicultura (manejo de las abejas sin aguijón). THESIS SUMMARY Stingless bees (tribe Meliponini) are a group of social insects of the subfamily Apinae with 42 genera and a high number of species, around 500 distributes in the Tropical areas. Within its distribution, the Neotropical area holds the highest diversity. These insects play a key role as generalist pollinators of both wild flora and high economic valuable tropical crops. According to several studies there are evidences pointing to a worldwide decline of bees what is specially accentuated in stingless bees due to their particular biology and their distribution in threaten areas. In this thesis, we have focused on three species from the genus Scaptotrigona distributed in Mexico and northern Guatemala. This genus holds a high diversity with 24 described species and evidences of cryptic species. In order to clarify the taxonomic status of the species S. mexicana, S. pectoralis and S. hellwegeri we have used geometric morphometrics and molecular approaches to define the taxa prone to be conserved. A total of 121 colonies (19 S. hellwegeri, 67 S. mexicana and 35 S. pectoralis) were sampled across their distribution either from wild or managed colonies. From one to six workers per colony were used to screen for wing shape variation, whereas one worker per colony was genotyped with seven polymorphic microsatellite loci. In the first chapter, the DNA barcoding technique has been successfully used to characterize and identify the Scaptotrigona biodiversity in a fast a reliable way. This method suggested the existence of cryptic species within S. mexicana and corroborated previous phylogenetic relationships among the three species. In the second chapter, based on previous evidence of high divergence within Scaptotrigona species, we analyze two species S. mexicana and S. pectoralis with both geometric morphometrics and molecular (microsatellite) methods in order to test the existence of at least two species within S. mexicana, and investigate the species status of S. pectoralis. We found differences with both tools within S. mexicana from Pacific (Sm1) and Atlantic (Sm2) coasts but no differentiation within S. pectoralis. Our results revealed the profile of differentiation of two taxa with S. mexicana, suggesting the need of future taxonomic revisions and activities for management and conservation. In the last chapter, we tested species delimitation through molecular markers by performing further analyses (phylogenetic trees and species discovery with a Bayesian coalescent framework) to confirm the support of the putative species. First, we obtained two different hypotheses of four and six species. After that, the validation of the species hypothesis through an objective analysis that reduces the investigator-driven bias, proposed a four species scenario confirming that S. mexicana is a complex of two species (Sm1 and Sm2) with different distribution (along the Pacific and the Atlantic coasts respectively). We highly recommend to manage them separately avoiding colony exchange in order to conserve both taxa. On the other hand, S. pectoralis and S. hellwegeri remained as on species each but with signs of population differentiation. This thesis has explored the profile of differentiation within the species S. hellwegeri, S. mexicana and S. pectoralis distributed in Mexico and northern Guatemala. Our results of the geometric morphometrics and molecular analyses have pointed the existence of cryptic lineages within this species. The genus Scaptotrigona is more diverse than expected, but different aspects of its diversity, distribution and biology remain to be studied. Furthermore, this work has shown the impact of the management on these bees. Therefore, we recommend establishing programs to conserve the biodiversity of Mexican stingless bees to improve and help the ancient practice of the meliponiculture.