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MODELO VICARIANTE PARA LA BIOGEOGRAFÍA EN LAS PROVINCIAS BIOGEOGRÁFICAS DE CHOCO- MAGDALENA Y NORANDINA (sensu Hernández et al., 1992) DE COLOMBIA CAROLINA SANABRIA GÓMEZ PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA FACULTAD DE CIENCIAS CARRERA DE BIOLOGÍA Bogotá, D.C. Noviembre 19 de 2004 PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA FACULTAD DE CIENCIAS CARRERA DE BIOLOGÍA MODELO VICARIANTE PARA LA BIOGEOGRAFÍA EN LAS PROVINCIAS BIOGEOGRÁFICAS DE CHOCO-MAGDALENA Y NORANDINA (sensu Hernández et al., 1992) DE COLOMBIA CAROLINA SANABRIA GÓMEZ TRABAJO DE GRADO Presentado como requisito parcial Para optar al título de BIÓLOGO Bogotá, D.C. Noviembre 19 de 2004 NOTA DE ADVERTENCIA Articulo 23 de la Resolución No. 13 de Julio de 1946 “La universidad no se hace responsable por los conceptos emitidos por sus alumnos en sus trabajos de tesis. Solo velará por que no se publique nada contrario al dogma y la moral católica y por que la tesis no contenga ataques personales contra persona alguna, antes bien se vea en ellas el anhelo de buscar la verdad y la justicia”. MODELO VICARIANTE PARA LA BIOGEOGRAFÍA EN LAS PROVINCIAS BIOGEOGRÁFICAS DE CHOCO-MAGDALENA Y NORANDINA (sensu Hernández et al., 1992) DE COLOMBIA CAROLINA SANABRIA GÓMEZ APROBADO _______________________ Julio Mario Hoyos Director del trabajo de grado _______________________ _________________________ Manuel Ruiz García Thomas Walschburger Jurado Jurado MODELO VICARIANTE PARA LA BIOGEOGRAFÍA EN LAS PROVINCIAS BIOGEOGRÁFICAS DE CHOCO-MAGDALENA Y NORANDINA (sensu Hernández et al., 1992) DE COLOMBIA CAROLINA SANABRIA GÓMEZ APROBADO __________________________ ________________________ Ángela Umaña Cecilia Espíndola Decana Académica de la Facultad de Ciencias Directora de Carrera de Biología Dedico este trabajo a JEREMY AGRADECIMIENTOS A mis padres por su apoyo durante toda mi vida, a mi hermano y a Luisa por hacerme sentir en una familia y a la nueva luz en mi vida, mi sobrino Jeremy. A mi director Julio Mario Hoyos por ser una guía. A Joan Manuel de quien llevo su cariño siempre conmigo. A mis amigos, por entenderme, apoyarme y confiar en mi: La baba Galindo (Dianita), Farsi, Fúquene, el Os, Paola, Roció y por supuesto a Bibiana Mogollón por ser mi amiga desde la infancia, a todo ellos quiero decirles cuanto los quiero. Al señor James Farris por la amable donación de su programa Hening86, y a los profesores Jhon Lynch (Instituto de Ciencias Naturales, Universidad nacional de Colombia), Rafael miranda (UIS), Fernando Fernández (Instituto de Ciencias Naturales, Universidad nacional de Colombia), Fabio Gonzáles (Instituto de Ciencias Naturales, Universidad nacional de Colombia), Giovanni Fagua y Andrés Acosta de la Pontificia Universidad Javeriana , por su colaboración a lo largo de este trabajo. RESUMEN En el siguiente trabajo se recopiló información acerca de distribución de endemismos colombianos a un nivel nacional para 18 especies pertenecientes a cuatro géneros de anuros, reptiles, planta y peces dulceacuícolas, conjuntamente se desarrollaron el análisis cladísticos a cada uno de los grupos. Se utilizó el análisis de componentes para desarrollar dos patrones biogeográficos vicariantes mediante dos supuestos, para las nueve áreas de endemismos que se encontraron en este estudio, uno de los patrones plantea siete eventos vicariantes para el supuesto 1 y para el supuesto 2 seis eventos, los cuales muestran la historia evolutiva de estas áreas. Adicionalmente, se relacionaron conceptos teóricos de sistemática y biogeografía así como geología para entender las aplicaciones y validéz de los patrones obtenidos. ii TABLA DE CONTENIDO 1. INTRODUCCIÓN .................................................................................... 1 2. MARCO TEÓRICO Y REVISIÓN LITERARIA 2.1 Marco teórico 2.1.1 Sistemática filogenética..........................................................2 2.1.2 Biogeografía........................................................................... 5 2.1.3 Generalidades de los grupos de estudio...............................11 2.2 Revisión de Antecedentes............................................................... 14 . 3. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACIÓN 3.1 Formulación del problema...............................................................18 3.2 Justificación del problema...............................................................18 4. OBJETIVOS 4.1 Objetivo general............................................................................ 20 4.2 Objetivos específicos.....................................................................20 5. MATERIALES Y MÉTODOS 5.1 Elección de taxones endémicos de Colombia...............................21 5.2 Obtención de cladogramas por método de reconstrucción de filogenias 5.2.1 Reconocimiento de caracteres.............................................21 5.2.2 Polarización de caracteres...................................................22 5.2.3 Construcción de hipótesis de parentesco........................ ...22 5.3 Análisis de datos de distribución...................................................23 5.4 Análisis biogeográfico vicariante 5.4.1 Reconocimientos de áreas de endemismo...... ................... 23 iii 5.4.2 Obtención de cladograma de áreas para cada taxón......................................................................................23 5.4.3 Diagnosis de los tipos de problema en los cladogramas de área........................................................................................24 5.4.4 Obtención del cladograma de área general...................................................................................24 6. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS 6.1 Análisis filogenético........................................................................26 6.2 Análisis de distribución...................................................................40 6.3 Análisis biogeográfico vicariante 6.3.1 Cladogramas de área.............................................................43 6.3.2 Cladogramas de área generales.............................................47 7. DISCUSIÓN........................................................................................52 8. CONCLUSIONES...............................................................................61 9. RECOMENDACIONES.......................................................................63 10. LITERATURA CITADA......................................................................64 ANEXOS iv LISTA DE FIGURAS Pág. Figura 1. Cladograma para cinco especies del género Anolis...............28 Figura 2. Cladograma de las relaciones entre las especies del genero Anolis........................................................................................................29 Figura 3. Cladograma para cinco especies del género Astroblepus......32 Figura 4. Cladograma de las relaciones entre las especies del generoAstroblepus...............................................................................................32 Figura 5. Cladograma para cuatro especies del grupo Eleutherodactylus sulcatus.....................................................................................................35 Figura 6. Cladograma de las relaciones entre las especies del grupo Eleutherodactylus sulcatus........................................................................36 Figura 7. Cladograma para cinco especies del género Hebeclinium......39 Figura 8. Cladograma de las relaciones entre las especies del género Hebeclinium ...............................................................................................39 Figura 9. Mapa de distribución de las dieciocho especies en el territorio colombiano.................................................................................................41 Figura 10. Mapa de distribución de las dieciocho especies en el territorio colombiano con su codificación de áreas...................................................42 Figura 11. Cladograma de área para el género Anolis...........................43 Figura 12. Cladograma de área para el género Astroblepus..................44 Figura 13. Cladograma de área para el grupo Eleutherodactylus sulcatus.......................................................................................................45 Figura 14. Cladograma de área para el género Hebeclinium..................46 Figura 15. Cladograma de áreas general para la biogeografía vicariante de nueve áreas de endemismo, obtenido por análisis de componentes bajo el supuesto 1 y método de consenso de Nelson.............................................47 v Figura 16. Cladograma de áreas general para la biogeografía vicariante de nueve áreas de endemismo, obtenido por análisis de componentes bajo el supuesto 1 y método de consenso de Estricto............................................48 Figura 17. Cladograma de áreas general para la biogeografía vicariante de nueve áreas de endemismo, obtenido por análisis de componentes bajo el supuesto 2 y método de consenso de Nelson.............................................49 Figura 18. Cladograma de áreas general para la biogeografía vicariante de nueve áreas de endemismo, obtenido por análisis de componentes bajo el supuesto 2 y método de consenso de Estricto.............................................50 vi LISTA DE TABLAS Pág Tabla 1. Matriz de datos para las especies del genero Anolis, GA corresponde al grupo ajeno......................................................................27 Tabla 2. Matriz de datos para las especies del genero Astroblepus, GA corresponde al grupo ajeno......................................................................31 Tabla 3. Matriz de datos para las especies del grupo Eleutherodactylus sulcatus, GA corresponde al grupo ajeno.................................................35 Tabla 4. Matriz de datos para las especies del genero Hebeclinium , GA corresponde al grupo ajeno.......................................................................38 vii LISTA DE ANEXOS Pág Anexo 1. Rutina del programa Hennig86 para el género Anolis..........76 Anexo 2. Rutina del programa Hennig86 para el género Astroblepus..77 Anexo 3. Rutina del programa Hennig86 para el grupo Eleutherodactylus sulcatus...................................................................................................78 Anexo 4. Rutina del programa Hennig86 para el género Hebeclinium ..79 Anexo 5. Tabla de distribución geográfica en coordenadas de las 18 especies del estudio................................................................................80 Anexo 6. Matriz de datos del programa COMPONENT 2.0 bajo el supuesto 1.................................................................................................................81 Anexo 7. Matriz de datos del programa COMPONENT 2.0 bajo el supuesto 2.................................................................................................................82 1 1. INTRODUCCIÓN El cómo se han formado las distribuciones que presentan en la actualidad las especies, es una pregunta de gran importancia ya que no sólo nos habla de la evolución misma de las especies sino que nos obliga a pensar en esa muchas veces implícita relación que tienen las especies con las áreas que estas habitan. Pero, mejor aun si pudiésemos cambiar la pregunta ¿cómo resolver la historia de las áreas a través de las especies?. La biología cuenta con una disciplina llamada biogeografía que provee las herramientas para lograr este objetivo, en la cual se mezclan la sistemática filogenética con la geografía y geología para dar respuesta a este tipo de inquietudes. Este trabajo trató de responder a esta inquietud para nueve áreas de endemismo en las provincias biogeográficas de Choco-Magdalena y Norandina de Colombia, utilizando la sistemática filogenética, biogeografía vicariante y análisis de componentes. Para revelar esta cuestión, se escogieron dieciocho especies divididas en cuatro géneros de anfibios, lagartos, peces y plantas de carácter endémico, a las cuales se le realizaron análisis cladísticos, se recopilaron datos de distribución (recolectados en bibliografía), se generaron cladogramas de área y por último, mediante la utilización de análisis de componentes bajos los supuestos 1 y 2, se obtuvieron cladogramas de área generales (patrones biogeográficos). Se encontró que si bien existe un patrón o varios que muestren el posible número de eventos vicariantes que han sucedido en estas áreas, estos han sido enmascarados ya sea por extinciones y/o dispersiones puntuales, o pueden ser el efecto de errores en la información de muestreo, determinación o clasificación de las especies. También se trató de comparar los patrones con algunos eventos geológicos de nuestro país. 2 2. MARCO TEÓRICO Y REVISIÓN DE LITERATURA 2.1 Marco teórico 2.1.1 Sistemática Filogenética El cladismo o sistemática Filogenetica fue propuesto por Hennig (1950) y presta gran significancia al clado, que proviene del griego κλαδο = ramal, el cual se refiere a una separacion dicotómica de una especie de la cual se originan dos, y grado se refiere a la acumulacion de diferencias que llevan a un nivel de adaptacion diferente, en conjunto este ilustra ramificaciones hipotéticas en la historia evolutiva. Una vez se ha entendido el origen etimológico de la cladistica se puede concebir su importancia, la cual radica en la generación de un ordenamiento que refleja la historia evolutiva (Llorente, 1989). Para poder dilucidar tales relaciones evolutivas se piensa que cuando se analiza un grupo de especies o taxones, un par de especies son hermanas si están más relacionados entre sí que con cualquiera otra especie involucrada en el análisis, bajo la evidencia de sus caracteres. Por esto, el método del cladismo es fundamentalmente comparativo, el cual siempre se da entre un par de especies o grupos con respecto a otros; se construyen las relaciones genealógicas a partir del reconocimiento de grupos hermanos y uno o más grupos externos o grupo ajeno (Espinosa y Llorente, 1993) El uso del grupo ajeno es el método más utilizado para obtener árboles enraizados ya que este sirve como prueba de la suposición de monofilia del grupo propio; la escogencia del grupo ajeno puede ser basadaen la lejanía o cercanía filogenética del grupo ajeno al grupo propio que casi siempre es a priori ( (Barriel y Tassy, 1998). Un grupo externo es una especie o taxón monofiletico superior que se examina en el curso de un análisis filogenético, la función de este es que, por medio de la comparación heurística, es posible dar a los caracteres una connotación primitiva o derivada (Schuh, 2000). 3 Análisis de caracteres Los caracteres son atributos estructurales de un organismo, especie o taxón, como tales estos se pueden diferenciar de acuerdo con la forma en que se manifiestan. En primer lugar se reconocen por ser (Llorente, 1989): -Cualitativos: son aquellos caracteres cuyas variantes son observables pero no pueden ser cuantificados. -Cuantitativos: pueden ser discretos (varían en intervalos de números enteros) o continuos (aquellos que pueden adquirir una cantidad infinita de valores). En el análisis cladístico estos atributos estructurales de los organismos toman importancia para las hipótesis de parentesco cuando se apoyan en dos conceptos centrales (Schuh, 2000): • Homología. Un carácter de dos o más taxones, o dos caracteres (o una secuencia de estos) son homólogos si uno es directamente (o secuencialmente) derivado de los otros. Para poder distinguir las homologías se han creado tres criterios morfológicos para la identificación de estas entre dos o más caracteres, considerando que los homólogos son producto de la descendencia a partir de un ancestro común (Wiley, 1978): 1. Criterio de similitud de posición. 2. Criterio de Calidad de parecido o composición espacial. 3. Criterio de continuación de la similitud a través de formas intermedias (especies). • Homoplasía. Un carácter encontrado en dos o más especies es homoplásico si el ancestro común de estas especies no tiene el carácter en cuestión o si un carácter no fue el precursor de otro. Para la sistemática resulta de gran importancia determinar las homologías pero no le es suficiente con estas para definir monofilia, ya que es necesario la definición de los distintos tipos de homología nominados como los siguientes tipos de caracteres homólogos (Kitching, Et al., 1998): 4 Ø Carácter apomórfico: De un par de caracteres homólogos, es aquel evolucionado directamente de su homólogo preexistente. Ø Carácter plesiomórfico; De un par de caracteres homólogos, es aquel que se emite más tempranamente en el tiempo y dio lugar al ultimo o más derivado, el carácter apomórfico. Ø Carácter sinapomórfico: Un carácter homologo que se encuentra en dos o más taxones que hipotetiza se ha emitido de la especie ancestral más cercana a estos taxones y no de otro ancestro más antiguo. Ø Carácter simplesiomórfico: Un carácter homologo que se encuentra en dos o más taxones que se hipotetiza se emitió en una especie ancestral que no es la más cercana a estos taxones. Ø Carácter autopomórfico: Un carácter evolucionado a partir de un carácter homologo plesiomórfico en una única especie. Los caracteres apomorfícos, plesiomorfícos son rasgos de los organismos que les permiten vivir y competir en la naturaleza, pero solo las sinapomorfías son de valor para demostrar monofilia. Los caracteres sinapomórficos son pruebas validas o relevantes para demostrar un ancestro común (Brooks y McLennan, 1991). Sin embargo, la criticade la sistemática filogenética mantienen que las genealogías no pueden ser estudiadas empíricamente, ya que las sinapomorfías no son evidencia de parentesco, si existe la posibilidad de que se presente homoplasias (convergencias y paralelismos) como evidencia para genealogía (Farris, 1983). No obstante, la falla anterior puede ser causa de errores en la apreciación de las homologías, en la polarización de los estados de carácter, la cual se determina por medio de la regla para determinar el apomórfico relativo (RDAR) que indica que los caracteres homólogos encontrados en el grupo monofilético y a su vez en el grupo ajeno son caracteres plesiomórficos y los encontrados solo en el grupo propio son apomórficos (Wiley, 1991); y en la presencia de convergencias 5 irreconocibles. Estos errores son casi inevitables debido a la dificultad inherente en la identificación de los verdaderos caracteres homólogos y sus estados (Ridley, 1986). Por lo tanto inferir una genealogía descansa en el principio de parsimonia, dicho principio consiste en escoger la menor cantidad de eventos evolutivos para la construcción de la filogenia del grupo análisis minimizando las homoplasias, ya que este provee soluciones a las objeciones del criterio de las homoplasias y es prueba para las hipótesis de relaciones genealógicas (Farris, 1983). 2.1.2 Biogeografía La biogeografía es la disciplina de la biología comparada que pone mayor énfasis en el análisis del componente espacial (Vargas, 1992a), esta se encarga de estudiar la distribución de los seres vivos en el espacio y tiempo, explicando la variación en la distribución espacial y cómo afecta esta a las especies (Gould y Johnston, 1972) Esta disciplina adquiere la categoría de ciencia cuando se aplica el método científico para la elaboración de modelos y la detección de sus procesos causales, es decir, cuando se investiga la relación que existe entre modelos y procesos, entendidos estos últimos como los agentes causales (Vargas 1992), cualquiera que sea la naturaleza de los modelos establecidos, para responder a la siguiente pregunta: ¿cómo cambian las especies y el número de estas en la superficie terrestre y cómo pueden ser explicadas tales variaciones? (Platnick y Nelson, 1977). A partir de esto la razón de ser de la biogeografía reside en el hecho de que la distribución de los organismos sobre la superficie terrestre no es al azar, sino que esta estructurada según unos tipos de organizaciones repetitivas que reciben el nombre de patrones (Vargas 1992b). 6 Biogeografía Ecológica y Biogeografía Histórica Los campos o enfoque de estudio en la biogeografía sugieren la división primaria de esta por motivos operativos y de escala; la biogeografía ecológica es aquella que intenta explicar la distribución de los modelos actuales y en el pasado reciente estudiando las interacciones entre los organismos y los factores bióticos y abióticos del medio que colonizan y por su parte la biogeografía histórica intenta reconstruir las secuencias de origen, dispersión y extinción de los taxones así como explicar la influencia de acontecimientos tales como la deriva continental y las glaciaciones en los modelos bióticos de distribución actual, bien desde una perspectiva dispersionista, vicariancista o mixta (Vargas, 1992). Biogeografía Histórica La biogeografía histórica es una ciencia en crecimiento y en extraordinaria revolución, basándose en conceptos y métodos relacionados con distintas disciplinas de la biología comparada. Para el estudio de esta se han utilizado distintos medios como la dispersión, la biogeografía filogenética, la panbiogeografía, la biogeografía cladistica y los análisis de parsimonia de endemicidad entre otros (Morrone y Crisci, 1995) Teoría de Vicarianza Uno de los pilares para el entendimiento de la biogeografía histórica es la vicarianza, la cual se define como la distribución disyunta de taxones o biotas emparentados, debida a la emergencia de una barrera que fracciona el área ancestral de distribución (fenómeno de vicarianza) y da lugar a un proceso particular de especiación alopátrica (Wiley, 1988). Lo anterior hace que el paradigma de la vicarianza sea que las distribuciones globales modernas han sido determinadas por la fragmentación de biotas ancestrales a causa de cambios geográficos y/o climáticos (Wiley, 1988) . Según estas premisas el objetivo básico de la biogeografía de la vicarianza 7 consiste enidentificar los fragmentos de distribución (taxones endémicos) de antiguas biotas continuas, a veces enmascarados por fenómenos puntuales de dispersión por salto a través de una barrera o por difusión masiva de organismos una vez desaparecida la barrera, así como reconstruir a partir de esos fragmentos los territorios sobre los que se asentaban las biotas originales (Nelson y Platnick, 1981). Existen entre otras las siguientes bases conceptua les (Platnick y Nelson, 1978) que permiten entender el origen y el sentido de la teoría vicariante: 1. La distribución alopátrica de dos taxones estrechamente emparentados es consecuencia de la formación de una barrera que fracciona el área de distribución del taxón ancestral. 2. Un número substancial de taxones se ve simultáneamente afectado por el mismo fenómeno de vicarianza (por ejemplo, formación de una barrera geográfica). 3. La alopatría (vicarianza) que acontece después de la subdivisión espacial origina las biotas modernas. 4. Los taxones alopátricos afectados por el mismo fenómeno de vicarianza proceden de una biota común. 5. La vicarianza implica diferenciación geográfica y posibilita la multiplicación de especies, mientras que la dispersión da lugar a fenó- menos posteriores de simpatría entre diferentes biotas. 6. Los fenómenos primarios de vicarianza se deben a los cambios en la geografía de los continentes que subdividen a las biotas ancestrales. 7. Las biotas evolucionan aisladas tras la emergencia de una barrera. 8. Los fenómenos de vicarianza, son esenciales para interpretar los actuales modelos de distribución; los grupos estrechamente emparentados que hoy día presentan una distribución alopátrica fueron fragmentados en el pasado por la aparición de barreras. 8 Biogeografía vicariante (Nelson y Platnick, 1981) En el caso de la sistemática filogenética, se supone que las propiedades de los objetos (individuos o especies) son trasmitidas verticalmente. La misma suposición se aplica a la biogeografía vicariante ya que consiste en que las áreas contienen especies debido a que las áreas descendientes heredaron formas de vida de sus áreas antecesoras. Por esta razón el eje central de las hipótesis biogeográficas de la vicarianza lo constituye la búsqueda de las relaciones históricas de biotas endémicas que a su vez conforman áreas de endemismos. Áreas de endemismo: En la determinación de áreas de endemismos hay que primero entender y definir qué es un endemismo; en general, se denominan especies endémicas aquellas que sólo ocupan un lugar, aunque no por ello deban presentar áreas de distribución pequeña (Antúnez y Mendoza, 1992). De hecho se puede hablar de una especie endémica de una isla, de un continente o de una región biogeográfica, ciñéndose a la definición de Pielou (1979). Pero si tomamos la definición de Rapoport (1982), la cual es en función del numero de regiones biogeográficas que ocupa, se pueden clasificar las especies en: 1) Endémicas, son las que se encuentran restringidas a una sola región. 2) Características, cuando son compartidas por dos regiones. 3) Semicosmopolitas, si comparten 3 ó 4 regiones. 4) Cosmopolitas, cuando se encuentran en más de dos regiones. La definición de áreas de endemismo ha sufrido un desarrollo histórico en los conceptos, definición y origen (Linder,2001). Se puede empezar por la temprana influencia del creacionismo y evolucionismo en los análisis biogeográficos, hasta autores contemporáneos que estiman los limites reales de las áreas de endemismos con conceptos dimensiónales y congruentes con los nichos de los organismos (Rotramel, 1973). 9 Algunas de las siguientes son las definiciones propuestas para el concepto de área endemismo tomado de Crisci et al. (2000), siendo la primera la escogida para desarrollar este trabajo: Ø Platnick (1991): Un área de endemismo puede le ser definida por los limites de distribución más o menos congruentes de dos o más especies. Obviamente en este contexto congruentes no implica una superposición exacta de dichos límites a todas las posibles escalas de la representación cartográfica, sino más bien una relativa simpatría al nivel de resolución de análisis deseado (Hausdorf, 2002). Ø Nelson & Platnick (1981): Áreas relativamente pequeñas que presentan un número significativo de especies que no están presentes en ninguna otra área. Ø Humphries & Parenti (1999): Un área reconocida por las distribuciones concordantes de dos o más organismos. Método analítico vicariante El método analítico de esta escuela procede del siguiente modo (Vargas, 1982): a. Se selecciona un grupo con tres o más taxones endémicos. b. Se establece la filogenia del grupo o se parte de filogenías conocidas según el método cladista. c. Se sustituye en el cladograma las especies por las áreas que cada una de ellas ocupa, con lo cual se obtiene un cladograma de áreas que representa una hipótesis de vicarianza. Pero como en estos patrones primarios no pueden ser observadas directamente las hipótesis vicariantes, debido a los tres problemas típicos de la biogeografía vicariante (Schuh, 2000), que se presentan cuando un área no se encuentra habitada por un único taxón, presentando áreas ausentes, distribuciones redundantes y taxones de amplia distribución, en este caso se hace necesario trasformar 10 cladogramas de área general en resueltos para lo cual se han propuesto procedimientos denominados (Crisci et al., 2000): -Supuesto 1: Lo que es verdadero para una proposición problemática, es verdadero, para una segunda proposición igualmente problemática (Nelson y Platnick, 1981). Los datos de distribución de los organismos son asumidos a priori, asumiendo que representan los efectos de vicarianza y extinción (Schuh, 2000). - Supuesto 2: Lo que es verdadero para una proposición conflictiva, no es necesariamente verdadero para una segunda proposición (Nelson y Platnick, 1981);Los datos de distribución de los taxones, se asumen a priori que representan los efectos de vicarianza, extinción y dispersión (Schuh, 2000). - Supuesto 0: postulado por Zandee y Roos (1987): supuesto altamente restrictivo al producir soluciones. Las distribuciones de los taxones se asumen a priori como los efectos de vicarianza únicamente (Schuh, 2000). d. Si trabajando con otros grupos se obtienen resultados similares, se elabora un modelo general de vicarianza donde las áreas actuales constituyen fragmentos de una biota ancestral que ocupaba un área única. Análisis de Componentes (Humphries y parenti, 1989) Para el análisis de datos en la biogeografía vicariante existen distintos métodos que no son abordados debido que sólo nos compete para este trabajo esta metodología: Ø Obtener cladogramas de área construidos para cada taxón. Ø Obtener cladogramas de área generales a partir de la intersección de los distintos conjuntos de cladogramas derivados de la aplicación de los supuestos 0, 1 y/o 2 (supuestos desarrollados para convertir cladogramas de áreas en cladogramas resueltos). 11 Ø Si no existe un cladograma de área resuelto común a todos los taxones utilizados, se construye un árbol de consenso. En el caso de obtener múltiples cladogramas comunes todos son validos. (Crisci et. al 2000) 2.1. Generalidades de los grupos de estudio Plantas El género Hebeclinium (Hebleciniinae, Eupatorieae) perteneciente a la familia Asteraceae, fue propuesto por De Candolle (1836). Las especies de este género se encuentran en el norte de los Andes en territorio de Colombia, Venezuela y Ecuador, aunque unas pocas especies prosperan en el sur del Perú y en el occidente de Costa Rica y Panamá. En Colombia existen 15 especies del genero Hebeclinium, siendo doce de ellas endémicas del territorio nacional (Díaz y Mendez, 2000).Estas plantas se caracterizan por ser arbustos o árboles con alturas que varían desde los 3 m hasta los 18 m, con hojas opuestas de margen aserrada (Vargas, 2002). Se distribuyen altitudinalmente desde los 900 m hasta los 3000 m; pudiendo habitar desde bosque húmedo tropical hasta páramo. Este tipo de planta es común en crecimientos secundarios jóvenes y bordes de bosque, también se les observa en sitios húmedos como bordes de cañadas en el interior de los bosques (Vargas, 2002). Para otros aspectos como el estado de conservación de este género no se tiene información acerca de estos endemismos colombianos. Lagartos El género Anolis pertenece al a familia Polychrotidae. Fue propuesto por Daudin (1802), abarcando cerca de 400 especies reconocidas y otras más sin describir todavía. A pesar de ser uno de los géneros más diversos en Centro y Sur América, sus especies son muy poco conocidas, a pesar de su 12 importancia como indicadores ecológicos y para la teoría evolutiva (Pough, 1998). Al igual que en Sur América, en Colombia las especies de este género representan casi la tercera parte de los lagartos del país, ya que existen alrededor de 60 especies, de las cuales cerca de 30 son endémicos del país (Ayala y Castro, inédito) Los anolis se distinguen por tres características: una amplia capacidad para variar del color y diseño de su cuerpo; almohadillas especializadas en los dedos y un pliegue o abanico gular llamativo en los machos (Ayala y Castro, inédito). Estos lagartos ocupan una asombrosa cantidad de hábitats, desde la hojarasca en el piso de la selva tropical, hasta las ramas más altas en el bosque pluvial; en Colombia habitan desde las regiones andinas húmedas y espesas, hasta las barrancas áridas y desérticas de la Guajira. El numeroso género Anolis esta conformado por dos secciones denominadas Alfa y Beta. Los anolis Alfa no tienen procesos laterales en las vértebras dístales de su cola , mientras que las especies de la sección beta las vértebras dístales de la cola presentan proceso lateral en cada lado entre otras características (Ayala y Castro, inédito). En el campo de la conservación no existe información del estado de las especies de este grupo. Peces El género Astroblepus pertenece a la familia Astroblepidae, fue propuesto por Humboldt (1805). Los astroblepidos se distinguen especialmente por la presencia de un músculo derivado de la aleta pélvica en donde el protactor ischii esta completamente separado del músculo hypaxialis desarrollado como un par de cordones entre el esqueleto pectoral y la aleta pélvica. Estos peces habitan arroyos de alta elevación de los Andes de Panamá, Colombia, Venezuela y Bolivia (Reis et al., 2003). El conocimiento de la taxonómia, morfología y ecología de este grupo es rudimentario (Reis et al., 2003). 13 Ranas El grupo Eleutherodactylus sulcatus fue redescrito por Lynch (1981) que reúne a los Eleutherodactylus de cabeza ancha. Nuevamente el grupo fue revisado por Lynch y Duellman (1997) colocando en la serie Eleutherodactylus (Eleutherodactylus) sulcatus (Rueda-Almonacid et al., 2004). Morfológicamente las ranas de este grupo son marcadamente diferentes, de lo que normalmente se esperaría de un Eleutherodactylus, ya que estas son ranas relativamente largas (hembras adultas de 40.0-70.0 mm SVL), habitualmente son robustas y fornidas, teniendo largas y anchas cabezas y patas traseras pequeñas; las coloraciones de estas son sombrías en colores cafés o grises con algunos puntos de pigmento negro. La piel del dorso esta poblada de tubérculos cónicos y subcónicos; el primer dedo del pie es más largo que el segundó dedo del pie y este a su vez es más pequeño que el tercero (Lynch, 2000). Se sugiere que estas ranas presentan actividad en horas de la noche por el suelo de los bosques nublados de Colombia y Ecuador como en tierras bajas del occidente de la cuenca amazónica (Brasil, Colombia, Ecuador y Perú) y sobre la frontera de Colombia y Panamá (Lynch, 2000) En cuanto a conservación, se sabe que las especies de grupo sulcatus parecen especialmente sensibles a problemas de conservación porque (1) son ranas relativamente grandes, (2) existen en poblaciones pequeñas y (3) tiene poca tolerancia a las modificaciones de sus hábitats. De las cuatro especies utilizadas en el estudio tres de ellas se encuentran en distintas categorías nacionales (Rueda-Almonacid et al., 2004): Eleutherodactylus ruizi es EN: En peligro Eleutherodactylus cadenai en VU: Vulnerable Eleutherodactylus necopinus en VU: Vulnerable 14 2.2 REVISIÓN DE ANTECEDENTES En el mundo existe un creciente número de estudios en biogeografía, que desde distintos enfoques buscan resolver inquietudes acerca de cómo se relacionan las áreas con las especies de una manera histórica utilizando la sistemática como herramienta. La mayor parte de estos trabajos abordan la biogeografía, a través de datos de tipo molecular como Sullivan et al. (1997) en el grupo de especies Peromyscus aztecus asociando la historia de divergencia de este grupo con una serie de eventos de vicarianza relacionados con los ciclos glaciares a mediados de Pleistoceno; también se encuentra el realizado por Zamudio et al. (1997) en pequeños lagartos de N. América para determinar los escenarios más importantes en la estructura geográfica. De igual manera Baum et al. (1998) trabajó en plantas del género Andansonia utilizando ADN de cloroplastos, sus resultados no fueron concluyentes para una reconstrucción unánime de este grupo floral; o Jansa et al. (1999) en roedores de Madagascar, que explica como desde la filogenética como estos roedores invadieron Madagascar de desde Asia; al igual Bargelloni (2000), con datos de ADN ribosomal, sugieren una especiación vicariante en peces antárticos; Waters et al. (2000) trabajo en filogenia y biogeografía de peces Galaxidos usando DNA mitocondrial. Como se puede observar, en su mayoría los estudios biogeográficos se basan en teoría molecular, pero en cuanto a morfología son pocas las investigaciones como Liebherr (1998) en escarabajos Platynus (Carabidae) para, por medio de análisis cladisticos resolver las relaciones entre S. América, N. América, África, Asia y Australia.; o Klompen et al.(2000), en peces Ioxididae que presentan una distribución endémica. También existen trabajos como el de Moreno y Sainz (1997) en monocotiledóneas endémicas Ibero-Balericas. En el ámbito latino Americano se han realizado investigaciones en diversos grupos así como metodologías: Brown (1987) en mariposas neotropicales, 15 Crisci (1991) en biogeografía cladistica para distintos grupos de Sur América; Katinas et al. (1997) en panbiogeografía de la sub región andina; Franco- Rosselli (1999) en un análisis panbiogeografico en patrones de distribución de Cecropia, o Posadas (1996) en plantas vasculares argentinas utilizando PAE para la selección de áreas de conservación; también Morrone (2000) acerca de la regionalización biogeográfica de la Amazonía con base en la distribución de distintos grupos animales. Por último se realizó un trabajo en biogeografía cladistica de tres géneros de corales en el Istmo de Panamá (Vargas, 1997), para ver si estos grupos eran prueba de los eventos de especiación de la biota ancestral de América tropical. Más exactamente para Colombia existen estudios como el de Fagua (1997) en él género Parides (Lepidoptera: Papilionidea) en el cual, realizando análisis de la distribución geográfica, morfología y ecología revaluando el estatus taxonómico de las sub especies registradas en nuestro país, proponiendo tres centros de endemismos: en la Sierra Nevada de Santa Marta, parte media y baja de valles interandinos y el piedemonte amazónico. Asimismo, el trabajo llevado a cabo por Pérez (2002) utilizando el métodoPAE, acerca de la definición de áreas de conservación para especies de la familia Papilionoidea (Lepidoptera) en la vertiente oriental de la Cordillera Oriental de Colombia a partir de un estudio biogeográfico. En otros grupos como en ranas y sapos de Colombia se han realizado estudios biogeográficos, encontrando que el mayor número de endemismos se encuentra ubicado en las zonas Andina, parte baja de la zona Pacifica y Sierra Nevada de Santa Marta (Lynch, 1997). Entre otros trabajos de este autor se encuentra la geometría, evolución y especiación de especies del genero Eleutherodactylus en los Andes colombianos, hallando que la alopatria es el evento predominante en la especiación de estas ranas así como el patrón distribución de la riqueza de especies en forma vertical (Lynch, 1999). 16 También se han abordado temas biogeográficos en insectos Simulidos presentes entre las vertientes magdalenense y orinoquense, en un sector al centro de Colombia (Muñoz y Miranda, 1997). Unidos a estos trabajos se encuentra el realizador por Walschburger (1995) en la Amazonía colombiana y Chocó biogeográfico tomando información de la distribución geográfica en flora y fauna, y el realizado por Molano (1998) en la Orinoqia. Pero muy pocos estudios se han enfocado a estudiar desde la perspectiva biológica la relación de distintas áreas, como el realizado por Hernández et al. (1992), acerca de las áreas de endemismos basándose en la de distribución de especies. A partir de estas Hernández propuso unidades biogeográficas preliminares para Colombia, las cuales fueron modeladas por eventos Pleistocénicos (Periodo Cuaternario) profundamente marcadas por las glaciaciones y otros cambios climáticos que transformaron dramáticamente la cobertura vegetal y animal los cuales han determinado en algún grado la biota que conocemos actualmente. Al respecto de los eventos que acontecieron y modelaron tales distribuciones, la geología concluye que según sus rocas, Colombia se divide en dos regiones principales (Bürgl, 1956): a. Los Llanos Orientales, en los cuales el basamento es muy antiguo (Precámbrico). b. La región geosinclinal Andina, la cual desde el Cambrico estuvo largos periodos bajo el nivel del mar y donde se acumularon sedimentos marinos continentales y volcánicos. En varias de las fases de movimientos tectónicos, estas capas fueron plegadas o dislocadas, instruidas por magmas y solevantadas hasta formar cordilleras expuestas a la erosión. Esta región se puede subdividir en: 1. Cordillera Central, columna vertebral de los Andes colombianos, que esta constituida por rocas del Paleozoico 17 antiguo. Su extensión septentrional forman la Sierra Nevada de santa Marta y los núcleos de la alta Guajira. 2. La Cordillera Occidental y Serranía del Baudo o Cordillera Costera que consta predominantemente de rocas marinas y volcánicas y Mesozoico. 3. Cordillera Oriental que en primer lugar consta de sedimentos mesozoicos, pero que en sus núcleos tiene también series de rocas Paleozoicas y Precámbricas. 18 3. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN Y JUSTIFICACIÓN 3.1 Formulación del problema Si endemismos correspondientes a distintos grupos biológicos comparten una misma distribución geográfica, implica que comparten una misma historia evolutiva que esta ligada a la historia de las áreas que estas especies habitan en la actualidad. El problema de investigación que esto plantea es: ¿Utilizando la distribución y sistemática filogenética de endemismos colombianos, cuál es el patrón biogeográfico vicariante de las áreas que estas habitan (Chocó-Magdalena y Norandina, sensu Hernández et al., 1992)?. 3.2 Justificación del problema La mayor contribución de este trabajo al conocimiento científico de nuestro país reside en la novedad de un análisis biogeográfico con esta metodología y el nivel al que se pretende realizar; en el cual se integran sistemática y biogeografía en la búsqueda de un patrón de áreas de endemismos colombianas. Este trabajo representa la mayor cualidad de la biogeografía, ya que esta es una disciplina que trasciende a las materias clásicas de la biología, incluyendo e integrando distintas temáticas como la geografía, geología y sistemática (Crisci et al.,2000) Dado que en Colombia existen trabajos que utilizan otras metodologías biogeográficas, es importante retomar la teoría y filosofía de estas para poder debatir sus fundamentos, como en este caso el enfoque vicariante. Lo anterior nos demuestra que la biogeografía es una ciencia activa y en revolución en nuestro país. 19 Los anteriores son sólo los beneficios directos de este estudio, ya que a partir de este se generan posibilidades como proponer zonas de conservación (Crisci et al., 2000) o la realización de un atlas de especies en este caso endemismos (Palomo y Antúnez, 1992), ya que los resultados obtenidos del presente trabajo pretenden aportar la materia prima para posteriores investigaciones en conservación. La importancia de estos trabajos para la conservación se centra en una nueva óptica, ya que la diversidad debe ser vista desde todos los puntos posibles, debido a que en su mayoría son realizados entorno a números de especies sin tener en cuenta factores históricos y geográficos; en este sentido, la biogeografía provee soluciones al desacuerdo existente entre los procesos ambiéntales y la geografía-político-administrativa del orden mundial (Ramírez y Vargas, 1992) 20 4. OBJETIVOS 4.1 Objetivo general • Integrar sistemática filogenética y biogeografía vicariante para obtener el patrón (cladogramas de áreas generales) de áreas de endemismos formadas por las distribuciones de especies endémicas de Colombia pertenecientes a las provincias de Chocó-Magdalena y Norandina, sensu Hernández (1992). 4.2 Objetivos específicos • Hallar por medio de bibliografía grupos con especies con distribución restringida a Colombia en distintos grupos biológicos. • Establecer las relaciones filogenéticas de especies endémicas en distintos grupos biológicos cada uno de estos por separado. • Obtener cladogramas de área generales resueltos mediante la utilización de análisis de componentes basándose en hipótesis de vicarianza. 21 5. MATERIALES Y MÉTODOS 5.1 Elección de taxones endémicos de Colombia Se realizaron consultas bibliograficas en diferentes entornos físicos y digitales en búsqueda de información acerca de estudios en sistemática y distribución a escala nacional en cualquier grupo biológico; además, se contactaron distintos autores para tal fin. Debido a la cantidad y calidad de la información obtenida, se aplicaron los siguientes criterios que actuaron como filtros de selección: a. La información más reciente posible para el grupo, se considera como reciente a aquellas publicaciones no superiores a diez años de antigüedad. b. Mínimo tres especies endémicas de Colombia pertenecientes a un solo genero. c. Poseer descripciones taxonómicas completas en lo posible de un mismo autor (para evitar problemas en la unificación de términos). d. Datos de distribución geográfica para toda Colombia de cada una de las especies. e. La existencia de trabajos en sistemática filogenética del grupo que contiene los endemismos, en lo posible. 5.2 Obtención de cladogramas por medio del método de reconstrucción de Filogenías ( Espinosa y Llorente, 1993) 5.2.1 Reconocimiento de caracteres Una vez los grupos de interés fueron escogidos se utilizaron dos metodologías de acuerdo con la información obtenida para cada uno. • Para las especies pertenecientes al género de pecesy en el grupo de ranas, ya existían investigaciones previas en sistemática, de las cuáles se utilizaron los caracteres ya propuestos por los autores. 22 • Por otra parte, en las especies de los géneros de plantas y reptiles debido a la inexistencia de trabajos previos o recientes en sistemática, se llevaron a cabo revisiones de las descripciones taxonómicas, a partir de las cuales se obtuvieron caracteres para cada grupo. Los caracteres seleccionados, siempre fueron manejados en una relación de n-1 caracteres como mínimo, donde n representa el número de especies en el estudio sistemático; a cada uno de estos se le observó en una cadena de transformación binaria, doble estado (en la medida de lo posible). 5.2.2 Polarización de caracteres Para poder plantear las hipótesis de polaridad de los caracteres escogidos anteriormente se utilizo el método de comparación por grupo ajeno. Siguiendo este plan se utilizaron dos grupos ajenos por cada taxón biológico, a partir de los cuales se determinó cuál era el estado de carácter primitivo y cual el derivado, de esta forma los estados de carácter fueron codificados de la siguiente forma: 0= Para el estado primitivo 1= Para estado derivado Se eliminaron todos aquellos caracteres donde el grupo ajeno y el propio presentaba los dos estado de carácter por no resultar informativos, y a partir de esta codificación se construyó una matriz binaria que visualizaba especies incluyendo grupo ajeno y caracteres para cada grupo. 5.2.3 Construcción de hipótesis de parentesco, mediante procedimientos de parsimonia. Los cladogramas fueron construidos introduciendo la anterior matriz binaria para cada grupo en el programa Hennig86 Versión 1.5, la utilización de este programa es ideal por el bajo numero de datos, ya que de la cantidad de estos depende la optimización en la obtención de clados enraizados de acuerdo al grupo ajeno (Plactnick,1989). Para él calculo de los clados se utilizaron los siguientes comandos (Farris, 1988): ie; Comando que genera árboles por enumeración implícita, con 23 resultados de mínima longitud analizando árbol por árbol. xsteps c ó m: Calcula longitudes, pasos de carácter a carácter, índices de retención y consistencia para cada carácter y cada árbol. 5.3 Análisis de datos de distribución Con las localidades de registro citadas para cada una de las especies, en las publicaciones consultadas; ya fueran datos de revisiones de colecciones o monitoreos en campo, se ubicaron sus respectivas coordenadas geográficas en latitud y longitud con respecto al mapa de Colombia. Se utilizó el programa GEOCAL (The geographic calculator-Version 3.09) el cual realizo la conversión de coordenadas de longitud y latitud (Sistema Geodetic) a coordenadas de N y W (sistema Gauss). Una vez obtenidas las nuevas coordenadas se elaboró una base de datos, la cual fue introducida en el programa Arcview 3.2 GIS (Environmental Systems Research Institute Inc.), en que se graficaron cada uno de los puntos de distribución por cada especie en un mapa que comprende las zonas biogeográficas de Choco-Magdalena y Norandina (sensu Hernández et al., 1992); este mapa fue formado mediante la utilización de planchas de levantamientos geográficos fuente IGAC. 5.4 Biogeografía vicariante ( Nelson y Platnick, 1981) 5.4.1 Reconocimiento de áreas de endemismo Una vez se obtuvo el mapa de distribución de las especies, se compararon tales distribuciones con las áreas de endemismo planteadas previamente por Hernández et al. (1992), además de esta comparación siempre se mantuvo la condición de poseer por área al menos dos especies endémicas según definición Platnick (1991); al hacer esta comparación fue posible la utilización de algunas de estas áreas de endemismos debido a la congruencia encontrada entre las distribuciones de las especies del estudio y localización de algunas áreas propuestas por Hernández et al. Al ser determinadas 24 cuáles de las áreas serían utilizadas se les codificó y asignó una sigla de acuerdo a su nombre. 5.4.2 Obtención de cladogramas de áreas para cada taxón En cada uno de los cladogramas obtenidos del análisis sistemático de cada género, se remplazaron las especies terminales por las áreas que estas habitan de acuerdo a la codificación realizada a partir del mapa. 5.4.3 Diagnosis de los tipos de problemas en los cladogramas de áreas (Espinosa y Llorente, 1993) Una vez reemplazadas las especies terminales por sus áreas de distribución se determinan qué taxones tienen amplia distribución, distribución redundante o taxones faltantes, términos ya explicados en el marco teórico. 5.4.4 Obtención de cladogramas de áreas generales a partir de la aplicación de los supuestos 1 y 2 ( Humphries y Parenti, 2001) Para la obtención del cladograma o cladogramas de área definidos se crea e introduce una base de datos, la cual contiene las especies, su distribución así como sus relaciones filogenéticas, al programa COMPONENT 2.0 (Page, 1993) en el cual se obtuvieron cladogramas bajo los supuestos 1 y 2. Para la obtención de los cladogramas se utilizaron los siguientes comandos en programa: a. Map trees, utilizando las opciones missing information y map widespread associates. b. Una vez definidas las opciones se hace una Heuristic search, comando que busca árbol por árbol, el árbol más apropiado de acuerdo a las opciones de cambios de rama y los criterios de minimización escogidos. Al obtener todos los árboles posibles, se reali zaron dos tipos de consenso, tanto para los cladogramas obtenidos bajo el supuesto uno como el dos: a. Estricto (Sokal y Rohlf, 1981): Solo contiene los componentes presentes en todos los cladogramas fundamentales (Kitching et al., 1998) b. Nelson (Nelson, 1979): Contiene grupos de componentes 25 compatibles que son los más replicados en los cladogramas fundamentales (Kitching et al., 1998) Se entienden como componentes a grupos informativos de agrupación de las áreas más no de topología de las relaciones en los cladogramas fundamentales (Nelson y Platnick, 1981). A partir de estos árboles de consenso son observables los componentes que más se presentaron en todos los posibles árboles obtenidos (Carpenter, 1988) en la rutina de computador; este último árbol de consenso constituye el patrón biogeográfico que muestra las relaciones genealógicas e históricas de las áreas de endemismo obtenidas. 26 6. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS 6.1 Análisis filogenético Se realizó el análisis filogenético para cuatro grupos biológicos: lagartos con especies del genero Anolis, peces del genero Astroblepus, ranas del grupo Eleutherodactylus sulcatus y plantas del genero Hebleclinium ; a cada grupo por separado se le aplico el análisis cladístico basado en la comparación con grupo ajeno (Espinosa y Llorente, 1993). Género Anolis Daudin (1802) (Reptilia:Sauria:Polychrotidae) Este análisis comprende cinco especies endémicas de Colombia pertenecientes al género Anolis: Anolis apollinaris Boulenger, 1919, Anolis mariarum Barbour, 1932, Anolis macrolepis Boulenger, 1911, Anolis mirus Williams, 1953 y Anolis nothopholis Boulenger, 1896. La escogencia de los caracteres se realizó según las descripciones de (Ayala y Castro, Inédito). Las especies Anolis fraseri y Anolis danieli fueron usadas como grupo externo. Los estados del carácter se trataron en una serie de transformación binaria y para aquella información ausenten (missing) se utilizó el signo de interrogación (?). A continuación se presenta una breve descripción de los caracteres usados así como sus estados de carácter. Caracteres 1. Tamaño del cuerpo 0 Grande 1 Pequeño 2. Tamaño de escamas del dorso 0 Pequeñas 1Grande 3. Tamaño de las escamas del vientre 27 0 Mayores que las del dorso 1 Menor que las escamas del dorso 4. Tamaño del abanico gular del macho 0 Grande 1 Pequeño 5. Abanico gular en hembras 0 Presente 1 Ausente 6. Número de lámelas en las falanges 2 y 3 del dedo IV posterior 0 20 - 27 1 12 - 16 Con base en estos seis caracteres se construyó una matriz de datos con los códigos de los caracteres de estados binarios (Tabla 1.). Tabla 1. Matriz de datos para las especies del genero Anolis, GA corresponden al grupo ajeno CARACTERES ESPECIES 1 2 3 4 5 6 GA Anolis fraseri 0 0 0 0 0 0 GA Anolis danieli 0 0 0 0 0 0 Anolis apollinaris ? 0 0 0 0 0 Anolis mariarum 0 0 0 0 0 1 Anolis macrolepis 1 1 1 1 1 1 Anolis mirus 0 0 0 0 0 0 Anolis nothopholis 1 1 1 0 0 1 La matriz anterior se trato con el programa Hennig86 (Farris,1988), para su análisis, se obtuvo un árbol (Fig. 1)de seis pasos de longitud, con índices de consistencia y retención de 1 (Anexo 1.). 28 Figura 1. Cladograma para 5 especies del genero Anolis. A partir de este cladograma se realizó otro donde se añaden los caracteres que sustentan las relaciones entre las especies, los cuales son nombrados con su código y estado de carácter ( Fig. 2). A. nothopholis A. macrolepis A. mariarum A. mirus A. apollinaris 29 Figura 2. Cladograma de las relaciones entre las especies del genero Anolis. En el cladograma se distinguen dos grupos: el primero, formado por las especies A. macrolepis, A. mariarum y A. nothopholis el cual es apoyado por la presencia de 12 a 16 lamelas en las falanges 2 y 3 del dedo IV posterior (6-1). El segundo, conforma el grupo de A. macrolepis y A. nothopholis definido por presentar tamaño corporal pequeño (1-1), escamas grandes en el dorso (2-1) y escamas del vientre de menor tamaño que las escamas del dorso (3-1). La especies A. apollinaris y A. mirus presentan relaciones desconocidas formando una politomía debido a la ausencia de caracteres que aclaren tales relaciones. Así como tampoco existe una sola sinapomorfia que apoye la supuesta monofilia de las especies escogidas para el estudio. Género Astroblepus Humboldt 1805 (Astroblepidae) Este estudio cladístico abarca cinco especies endémicas pertenecientes al genero Astroblepus: Astroblepus chapmani Eigenmann, 1912, Astroblepus guentheri Boulenger, 1887, Astroblepus homodon Regan, 1914, Astroblepus A. apollinaris A. mirus A. mariarum A. macrolepis A. nothopholis 6-1 1-1,2-1,3-1 4-1,5-1 Sinapomorfia Autopomorfia 30 trifasciatus Eigenmann, 1912 y Astroblepus unifasciatus Eigenmann, 1912; se emplearon como grupo externo a las especies Astroblepus frenatus y Astroblepus orientalis. Se utilizó la terminología y caracteres designados previamente por Suárez (1995) para estas especies. A estas se les dio una nueva polarización de acuerdo con el grupo ajeno manteniendo una serie de transformación binaria. A continuación se encuentra una lista de caracteres y sus códigos. Caracteres 1. La hilera externa de los dientes premaxilares, sólo presenta uno o dos dientes bicúspidados, los demás son monocúspidados 0 Todos los dientes, excepto uno o dos, del interior son monocúspidos 1 Todos los dientes o la mayoría son bicúspidos 2. Autopalatino angosto 0 Con ambos extremos de amplitud similar 1 Con la mitad posterior del autopalatino amplificada 3. Ceratobranquial 0 Presente 1 Ausente 4. Pterigióforo 0 Presente 1 Ausente 5. Protector hyoideus 0 Sección b del protactor hyodeus amplificada en su inserción con el labio inferior, además, este músculo es corto 1 Sección b del protactor hyodeus delgada y larga 6. Proyección interna en el proceso lateral del basipterigio 0 Ausente 1 Presente 7. La presencia de una banda amarillenta y ancha del pedúnculo caudal 31 0 Ausente 1 Presente Mediante la utilización de estos siete caracteres se construyó una matriz binaria de las especies del grupo propio y dos especies pertenecientes al grupo ajeno (Tabla. 2). Tabla 2. Matriz de datos de las especies del genero Astroblepus, GA representan el grupo externo. CARACTERES ESPECIES 1 2 3 4 5 6 7 GA Astroblepus frenatus 0 0 0 0 0 0 0 GA Astroblepus orientalis 0 0 0 0 0 0 0 Astroblepus chapmani 0 0 0 0 0 1 0 Astroblepus guentheri 1 1 1 1 1 0 0 Astroblepus homodon 1 1 1 1 1 0 0 Astroblepus trifasciatus 0 0 0 0 0 1 1 Astroblepus unifasciatus 0 0 0 0 0 1 1 Con la información contenida en la matriz se obtuvo un árbol de siete pasos de longitud (Fig.3) e índices de consistencia y retención de 1 (Anexo. 2), mediante la utilización del programa Hennig86 (Farris, 1988). 32 Figura 3. Cladograma para 5 especies del genero Astroblepus. Los caracteres que sustentan las relaciones entre estas especies se pueden diferenciar en el siguiente cladograma (fig. 4) de distribución de los caracteres según su estado. Figura 4. Cladograma de las relaciones entre las especies del genero Astroblepus. A homodon A. guentheri A. unifasciatus A. trifasciatus A. chapmani A. chapmani A. trifasciatus A. unifasciatus A. guentheri A. homodon 1-1, 2-1, 3-1, 4-1, 5-1 6-1 7-1 Sinapomorfias 33 En este cladograma no existe un carácter sinapomorfico que sustenté a estas cinco especies como un grupo monofiletico; de manera independiente se presentan tres grupos; el primero, constituido por A. chapmani, A. trifasciatus y A. unifasciatus apoyado por poseer una proyección interna en el proceso lateral del basipterigio (6-1). El segundo, esta constituido por el grupo monofiletico A. trifasciatus y A. Unifasciatus sustentado con la presencia de una banda amarillenta y ancha del pedúnculo (7-1), por ultimo el grupo constituido por A. guentheri y A. homodon el cual tiene cinco sinapormorfias: poseer todos o la mayoría de los dientes de la hilera externa de los dientes premaxilares bicuspidados (1-1), tener en el autopalatino angosto la mitad posterior del amplificada (2-1), ausencia del ceratobranquial (3-1), ausencia del pterigioforo (4-1) y tener la sección b del protactor hyodeus delgada y larga (5-1). Grupo Eleutherodactylus sulcatus Lynch 1986 (Anura:Leptodactylydae) Se caracterizaron especies del grupo Sulcatus endémicas de Colombia basándose en la terminología y caracteres propuestos por Lynch (2000) en su estudio sistemático para nueve especies de este grupo, de las cuales se escogieron cuatro por su carácter endémico, estas son: Eleutherodactylus cadenai Lynch 1986, Eleutherodactylus ingeri Cochran & Coin, 1961, Eleutherodactylus necopinus Lynch 2000 y Eleutherodactylus ruizi Lynch, 1981. A cada uno de los caracteres se le polarizó y codificó de forma binaria de acuerdo con el nuevo grupo ajeno conformado por Eleutherodactylus ceratus y Eleutherodactylus cornutus. A continuación se presenta una lista de los caracteres utilizados y su correspondiente codificación. Caracteres 1. Piel del vientre 34 0 Suave 1 Areolada 2. Pliegue tarsiano 0 Ausente 1 Presente 3. Tubérculos del párpado superior 0 Un tubérculo 1 Varios tubérculos 4. Discos de los dedos pediales 0 Presentes 1 Ausentes 5. Elevación de la cresta del escamoso 0 Más baja o escasamente más alta que la cristae paroticae adyacente 1 Muy por encima del nivel del cristae paroticae adyacente 6. Proceso posterolateral de la rama otica del escamosa 0 Es paralela al plano sagital posteriormente 1 Tiene una saliente lateral posteriormente 7. Borde medial de la coana angular 0 Margen lateral curvado a la coana 1 La porción postcoanal del vomer es no curvada8. Elongación de la cubierta o proyección ótica 0 Techo ótico del escamoso relativamente corto 1 Proyección ótica recubre dorsalmente gran parte de las crestas paróticas Una vez establecida la codificación de los estados del carácter se organizó una matriz de datos para las cuatro especies (Tabla 3). 35 Tabla #. Matriz de datos de las especies del grupo Eleutherodactylus sulcatus, GA representan el grupo externo. CARACTERES ESPECIES 1 2 3 4 5 6 7 8 GA Eleutherodactylus ceratus 0 0 0 0 0 0 0 0 GA Eleutherodactylus cornutus 0 0 0 0 0 0 0 0 Eleutherodactylus cadenai 0 0 1 0 1 0 0 0 Eleutherodactylus ingeri 1 1 1 0 1 0 0 1 Eleutherodactylus necopinus 1 1 1 0 1 1 0 1 Eleutherodactylus ruizi 1 1 1 1 1 1 1 1 El análisis filogenético ejecutado a partir de la matriz de datos produjo un cladograma de 8 pasos de longitud (Fig. 5) y con índices de consistencia y retención de 1 (Anexo. 3). Figura 5. Cladograma para 4 especies del grupo Eleutherodactylus sulcatus. E. ruizi E. necopinus E. ingeri E. cadenai 36 Se realizó un cladograma de las distribución de los caracteres que sustentan las relaciones de estas especies, con el número del carácter precedido del código del estado de carácter (Fig. 6). Figura 6. Cladograma de las relaciones entre las especies del grupo Eleutherodactylus sulcatus. De las relaciones obtenidas en este análisis se evidencian tres grupos; el primero reúne a todas las especies del estudio con base en compartir la elevación de la cresta del escamoso muy por encima del cristae paroticae (5-1) y poseer varios tubérculos en el párpado superior (3-1). El segundo grupo corresponde a E. ingeri, E. necopinus y E. ruizi con tres sinapomorfias: tener la piel del vientre areolada (1-1), exhibir pliegue tarsiano (2-1) y una proyección ótica que recubre gran parte de las crestas paróticas dorsalmente (8-1). El tercer grupo esta constituido por E. necopinus y E. ruizi relacionadas por tener una saliente lateral posteriormente en la rama ótica. Adicionalmente aparecen dos autopomorfias para E. ruizi: no presentar discos en los dedos E. cadenai E. ingeri E. necopinus E. ruizi 5-1 y 3-1 1-1, 2-1 y 8-1 6-1 4-1 y 7-1 Sinapomorfia Autopomorfia 37 pedisales (4-1) y que el borde medial de la coana angular la porción postcoanal del vómer es no curvada (7-1). Genero Hebleclinium De Candolle (1876) (Asteraceae: Eupatorieae) Los caracteres para el estudio filogenético de cinco especies endémicas pertenecientes a este genero fueron obtenidos a partir de las descripciones hechas por Díaz-Piedrahita y Méndez-Ramírez (2000). El grupo propio es constituido por Hebleclinium wurdackianum H. Robinson Biollani, 1997, Hebleclinium lellingeri R. M. King & H. Robinson, 1974, Hebleclinium phoenictium (B. L. Robins) R. King & H. Robins, 1971, Hebleclinium frontinoense Díaz & Méndez, 2000 y Hebleclinium flabellatum Díaz & Méndez, 2000 y como grupo ajeno Hebleclinium tetragonum Benth.,Pl.Hartw.1845 y Hebleclinium longicuspidatum Diaz, 2000. Según las descripciones se generaron distintos caracteres los cuales fueron polarizados mediante la comparación del grupo ajeno. A continuación se presenta las lista de los mismos así como su codificación. Caracteres 1. Forma de la lamina foliar 0 Ovada 1 Elíptica 2. Superficie del haz foliar 0 Pilosa 1 Glabra 3. Tipo de inflorescencia 0 Racerosa 1 Compuesta 4. Superficie del receptáculo 0 Piloso 1 Glabro 38 5. Superficie del envés foliar 0 Pilosa 1 Glabra Con estos datos para las cinco especies del genero se realizó una matriz binaria, que contiene especies contra los caracteres (Tabla 4). Tabla 4. Matriz de datos de las especies del genero Hebleclinium ,GA representan el grupo externo. CARACTERES ESPECIES 1 2 3 4 5 GA Hebleclinium tetragonum 0 0 0 0 0 GA Hebleclinium longicuspidatum 0 0 0 0 0 Hebleclinium wurdackianum 0 0 0 0 0 Hebleclinium lellingeri 1 1 1 1 0 Hebleclinium phoenictium 0 0 0 0 0 Hebleclinium frontinoense 0 1 0 0 1 Hebleclinium flabellatum 0 1 0 0 1 Al introducir esta matriz en el programa Hennig86 (Farris, 1986) se obtuvo un árbol de cinco pasos de longitud ( Fig. 7) e índices de consistencia y retención de 1 (Anexo. 4). 39 H. lellingeri Figura 7. Cladograma para 5 especies del genero Hebeclinum. Con el fin de distinguir los caracteres que sustentan las relaciones entre las especies del género se construyó un cladograma donde se ilustran los diferentes estados de carácter que sustentan las relaciones entre las especies (Fig 8). Figura 8. Cladograma de las relaciones entre las especies del genero Hebeclinium. H. wurdackianum H. phoenictium H. flabellatum H. frontionense H. lellingeri 2-1 5-1 1-1, 3-1 y 4-1 Sinapomorfia Autopomorfia H. flabellatum H. frontionense H. lellingeri H. phoenictium H. wurdackianum 40 En el cladograma obtenido no se encuentra evidencia que apoye una relación monofiletica entre las especies del grupo, pero si permite soportar y elaborar una hipótesis biogeográfica. A pesar de no existir evidencia general sí se encontraron dentro del cladograma dos grupos potencialmente monofileticos, el primero constituido por H lellingeri, H frontinoense y H flabellatum, las cuales presenta una sinapomorfia al poseer la superficie del haz foliar glabra (2-1). El segundo es conformado por H frontinoense y H flabellatum, especies hermanas que comparten la superficie de envés foliar glabra (5-1). También se observan tres autopomorfias para la especie H lellingeri las cuales son: forma de la lamina foliar elíptica (1-1), tipo de inflorescencia compuesta (3-1) y la superficie del receptáculo glabro (4-1). La especies H wurdackianum y H phoenictium presentan relaciones desconocidas formando una politomía debido a la ausencia de caracteres que aclaren tales relaciones. 6.2 Análisis de distribución Las dieciocho especies pertenecientes a los cuatro géneros antes analizados presentaron la siguiente distribución geográfica (Fig. 9) y Anexo 5. Estas especies se distribuyen en las denominadas como zonas biogeográficas del Chocó-Magdalena y Norandina (sensu Hernández et al., 1992) según las revisiones bibliograficas realizadas para este estudio. Comparando las distribuciones de cada una de las especies con los centros de endemismos también descritos por Hernández et al. (1992), se encontró que era posible definir como las áreas de distribución de las especies de estudio a las siguientes áreas de endemismo con su respectiva sigla (Fig. 10): Saija-Micay (SM), Munchique (M) ,San Juàn (SJ), Baudó Bahía Solano- Serranía del Darién y Baudó-Juradó (BSJ) ,Rìo Atrato (RA) ,Pàramo de Urrao (PU), Parque de los Nevados (PN), Alto Magdalena- Nechí Nare (AN) y Centro Andino Oriental (CAO). 41 Figura 9. Mapa de distribución de las dieciocho especies en el territorio Colombiano. 42 Figura 10. Mapa de distribución de las dieciocho especies en el territorio Colombiano con su codificación de áreas. 43 6.3 Análisis biogeográfico vicariante 6.3.1 Cladogramas de área Una vez definidas las áreas de endemismo del estudio, y teniendo en cuenta los códigos de las áreas de distribución de las especies de cada género, se construyó un cladograma de áreas a partir del cladograma obtenido del análisis filogenético, donde se reemplazaron las especies terminales por sus respectivas áreas de distribución. Los cladogramas de áreas obtenidos fueron los siguientes para cada grupo: El cladograma de área del genero Anolis no presentó una correspondencia uno a uno entre especies y áreas (Fig. 11), por elcontrario, sí mostró tres problemas en los cladogramas de áreas (Espinosa y Llorente, 1993); como son los taxones ampliamente distribuidos: A. Apollinaris se distribuye en las áreas de Alto Magdalena- Nechí Nare (AN) y Centro Andino Oriental (CAO), A. Macrolepis se distribuye en Saija-Micay (SM), Munchique (M) y San Juán (SJ) y por último la especie A. Nothopolis se distribuye conjuntamente en las áreas Munchique (M), San Juán (SJ), Baudó Bahía Solano- Serranía del Darién y Baudó-Juradó (BSJ) y Río Atrato (RA). También se hallan distribuciones redundantes correspondientes al área de Munchique (M) para las especies A. Mirus, A. Macrolepis y A. Nothopolis; la segunda área de distribución redundante es San Juàn (SJ) la cual es habitada por las especies A. Macrolepis y A. Nothopolis. La única área ausente para este cladograma es el Parque de los Nevados (PN). 44 Figura 11. Cladograma de área del genero Anolis . El segundo cladograma de área general pertenece al grupo conformado por las especies del genero Astroblepus de peces (Fig. 12); en este, se encontró que existen taxones de amplia distribución como lo son A. Chapmani el cual se encuentra distribuido en la zonas de San Juan (SJ) y Parque de los Nevados (PN); al igual que la anterior especie, A. trifasciatus presenta amplia distribución encontrándose en la áreas de Río Atrato (RA) y San Juán (SJ), distribución que es compartida exactamente con A. unifasciatus localizado en las áreas Río Atrato (RA) y San Juán (SJ); por ultimo la especie A. homodon se distribuye conjuntamente en las áreas de Páramo de Urrao (PU) y Alto Magdalena–Nechí Nare (AN). En cuanto a áreas redundantes casi todas las presentes en el grupo son áreas de distribución de más de unas especie: San Juán (SJ) es redundante para A. chapmani, A. trifsciatus y A. unifasciatus. El área Río Atrato (RA) es redundante para A. trifsciatus y A. unifasciatus, finalmente el Páramo de Urrao (PU) es redundante para A. guentheri y A. homodon; M, SJ, BSJ,RA SM, M, SJ PU M AN, CAO 45 la única área no redundante en este cladograma es la de Alto Magdalena–Nechí Nare (AN). Así mismo este cladograma presenta cuatro problemas de áreas ausentes: Saija -Micay (SM), Munchique (M), Baudò Bahìa Solano- Serranía del Darièn y Baudò-Juradò (BSJ) y Centro Andino Oriental (CAO). Figura 12. Cladograma de área del genero Astroblepus. El siguiente cladograma fue obtenido a partir del análisis filogenético de algunas especies del grupo de ranas Eleuthrodactylus sulcatus (Fig. 13). En este se encontró que no existen problemas de distribución redundante entre las especies, además de no contener tres áreas, las cuales son denominadas ausentes, siendo estas: Saija-Macay (SM), San Juán (SJ) y Río Atrato (RA). En cuanto a problemas de taxones de amplia distribución, se descubrió que la especie E. ingeri habita las áreas de Alto Magadalena-Nechí Nare (AN) y Centro Andino Oriental (CAO) conjuntamente, de igual forma E. PU, AN PU RA, SJ RA, SJ SJ, PN 46 necopinus se distribuye en las áreas del Páramo de Urrao (PU) y Parque de los Nevados (PN). Figura 13. Cladograma de área del grupo Eleutherodactylus sulcatus. Por último al observar el cladograma de plantas del género Hebleclinium (Fig. 14), encontramos que existe una sola especie, la cual habita cinco áreas diferentes (un problema de amplia distribución); esta especie H. phoenicticum se distribuye en Munchique (M), San Juán (SJ), Páramo de Urrao (PU), Parque de los Nevados (PN) y Alto Magdalena-Nechí Nare (AN). También existen cuatro especies en grupos de dos grupos de especies distribuidas en una misma área (áreas redundantes), estas son H. Lellingeri y H. frontionense en el área del Río Atrato, H. flabellatum y H. phoenicticum en el Páramo de Urrao PU. Las áreas ausentes para este cladograma son: Saija-Macay SM, Baudò Bahìa Solano- Serrania del Darièn y Baudò-Juradò BSJ y Centro Andino Oriental CAO. M PU, PN AN, CAO BSJ 47 Figura 14. Cladograma de área del genero Hebeclinium. 6.3.2 Cladogramas de áreas generales A partir de los anteriores cladogramas de área se obtiene el cladograma general de área definido, obtenido a partir del uso del programa COMPONENT 2.0 (Page, 1993), el cuál, es el patrón biogeográfico para las nueve áreas contempladas en este análisis, se lograron mediante la utilización de los supuestos 1 y 2 (Nelson y Platnick, 1981). A través de la utilización del supuesto 1 (Anexo. 6) se obtuvieron 35 posibles árboles, a los cuales se les realizaron dos tipos de consenso: estricto y nelson. Estos cladogramas son mostrados a continuación. SJ RA RA M, SJ, PU, PN, AN PU 48 En este cladograma de área general Fig. 15 se observan siete grupos, cada uno formando un componente: 1. Este componente se encuentra formado por todas las áreas SM, SJ, RA, BSJ, M, PU, PN, AN Y CAO. 2. Este se encuentra compuesto por AN y CAO. 3. Es formado por las áreas PN, PU, M, BSJ, RA, SJ y SN. 4. Componente formado por las áreas PU, PN. 5. Agrupa a M, BSJ , RA, SJ y SM. 6. Componente formado por la politomía SM, SJ y RA. 7. Este ultimo componente es formado por SJ Y RA. Figura. 15 Cladograma de área general para la biogeografía vicariante de 9 áreas de endemismo en Colombia, obtenido por análisis de componentes bajo el supuesto 1 y método de consenso de Nelson. SAIJA MICAY (SM) SAN JUAN (SJ) RIÓ ATRATO (RA) Baudò Bahìa Solano- Serrania del Darièn y Baudò-Juradò (BSJ) MUNCHIQUE (M) PÁRAMO DE URRAO PARQUE DE LOS NEVADOS (PN) ALTO MAGDALENA- NECHI NARE (AN) CENTRO ANDINO ORIENTAL (CAO) 49 En este cladograma de área genera l (Fig. 16) se observan cinco grupos, cada uno formando un componente: 1. Este componente se encuentra formado por todas las áreas SM, M, SJ, BSJ, RA, PU, PN, AN y CAO. 2. Este se encuentra compuesto por SM, M, SJ, BSJ, RA, PU y PN. 3. Formado por la politomía SM, M, SJ, BSJ y RA. 4. Componente constituido por las áreas PU y PN. 5. Este ultimo componente es formado AN y CAO. SAIJA MICAY (SM) MUCHIQUE (M) SAN JUAN (SJ) Baudò Bahìa Solano- Serrania del Darièn y Baudò-Juradò (BSJ) RÍO ATRATO (RA) PÁRAMO DE URRAO (PU) PARQUE DE LOS NEVADOS (PN) ALTO MAGDALENA- NECHÍ NARE (AN) CENTRO ANDINO ORIENTAL (CAO) Figura. 16 Cladograma de área general para la biogeografía vicariante de 9 áreas de endemismo en Colombia, obtenido por análisis de componentes bajo el supuesto 1 y método de consenso Estricto. 50 A través de la utilización del supuesto 2 (Anexo. 7) se obtuvieron 195 posibles árboles, a los cuales se les realizaron dos tipos de consenso: estricto y nelson estos cladogramas son mostrados a continuación. Este cladograma de área general (Fig. 17) se encuentra compuesto por los siguientes componentes: 1. Conformado por todas las áreas SM, AN, M, PU, SJ, RA, PN, CAO y BSJ. 2. Constituido por SM, AN, M, PU, SJ, RA, PN y CAO. 3. Formado por SM y AN. 4. Este componente se forma a partir de las áreas M, PU, SJ, RA, PN y CAO. 5. Componente compuesto por M, PU, SJ y RA. SAIJA MICAY (SM) ALTO MAGDALENA- NECHÍ NARE (AN) MUCHIQUE (M) PÁRAMO DE URRAO (PU) SAN JUAN (SJ) RÍO ATRATO (RA) PARQUE DE LOS NEVADOS (PN) CENTRO ANDINO ORIENTAL (CAO) Baudò Bahìa Solano- Serrania del Darièn y Baudò-Juradò (BSJ)
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