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Endemism, Provincialism, and Disjunc4on 1

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Endemism,  Provincialism,  and  Disjunc4on  

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Major  kinds  of  distribu0on  pa2erns:    

 

 

   

 

 

 

   

 

   

Note:  a  single  species  can  be  part  of  a  disjunct  distribu4on  within  its  family,  can  be  endemic  to  a  specific  area,  and,  along  with  other  taxa  endemic  to  the  same  area,  can  characterize  provincialism  for  that  area  

Endemism,  Provincialism,  and  Disjunc4on  

2  

Endemism:  the  occurrence  of  taxa  with  na4ve  distribu4ons  restricted  to  a  par4cular  geographic  loca4on  (e.g.,  taxon  X  is  endemic  to  loca4on  Y).  Endemism  can  be  variable  in  scale  from  a  small  area  (e.g.,  a  species  of  fish  that  is  endemic  to  a  specific  lake)  to  whole  con4nents.    Provincialism:  geographic  overlap  of  endemism  across  mul4ple  taxa.  Alterna4vely,  the  delinea4on  of  geographic  areas  with  par4cular  bio4c  characteris4cs  based  on  the  dis4nc4veness  of  species  assemblages.    Disjunc0on:  two  or  more  related  (usually  monophyle4c)  taxa  or  popula4ons  occurring  in  geographically  separated  areas  (and  absent  from  the  intervening  area).  

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Endemism,  Provincialism,  and  Disjunc4on  

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Outline  of  topics  in  this  sec0on:    Endemism    Provincialism    Disjunc4on    

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Examples:  

Endemism  

4  

Olympic  mudminnow  (Novumbra  hubbsi)  

Pygmy  rabbit  (Brachylagus  idahoensis)  

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Endemism  is  typically  hierarchical  (or  nested):  Kangaroo  rats,  kangaroo  mice,  and  pocket  mice  (family:  Heteromyidae)  are  endemic  to  southwestern  North  America,  Central  America,  and  extreme  northwestern  South  America.  

Within  Heteromyidae,  kangaroo  mice  (genus:  Microdipodops)  are  endemic  to  the  Great  Basin  Desert  region  in  western  North  America  

Within  Microdipodops,  the  pale  kangaroo  mouse  (M.  pallidus)  is  endemic  to  the  sandy  habitats  of  the  Lahontan  Trough  in  south-­‐central  Nevada.  

Within  M.  pallidus,  there  are  two  separate  mitochondrial  DNA  lineages  endemic  to  the  western  and  eastern  por4ons  of  the  range.  

Endemism  

5  (from  Hafner  et  al.  2008)  

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Endemics  can  be  classified  by  their  loca0on  of  origin:  

Endemism  

6  

Autoendemics:  evolved  in  an  area  within  their  current  distribu4on.    

Alloendemics:  originated  somewhere  else,  dispersed  to  their  current  locality  and  subsequently  have  gone  ex4nct  elsewhere.  Also  known  as  relicts.  

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Endemism  can  be  related  to  long-­‐term  temporal  pa2erns  of  diversity:  

Endemism  

7  

Taxonomic  relicts:  remnants  of,  at  one  4me,  a  much  more  diverse  taxon.  (e.g.,  coelacanth)  

Biogeographic  relicts:  taxa  that  at  one  4me  had  much  wider  geographic  distribu4ons.  (e.g.,  lungfish)  

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Endemism  may  have  originated  recently  or  long  ago:  

Endemism  

8  

Neoendemics:  endemics  of  recent  origin  (e.g.,  s4ckleback  bethic  and  limne4c  species  pairs)  

Paleoendemics:  endemics  that  originated  long  ago  (e.g.,  Olympic  mudminnow)  

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Endemic  taxa  in  different  groups  of  organisms  tend  not  to  be  randomly  distributed,  but  rather  tend  to  co-­‐occur  in  specific  areas.        Generally,  provinces  fit  into  a  hierarchy  of  areas  of  endemism:    

   Realms  (terrestrial  or  marine)    

       Regions  (recall  Sclater’s  zoogeographic  regions)    

           Subregions    

               Provinces  

                     Districts  

Provincialism  

9  

Provincialism:  geographic  overlap  of  endemism  across  mul4ple  taxa.  Or,  the  delinea4on  of  geographic  areas  with  par4cular  bio4c  characteris4cs  based  on  the  dis4nc4veness  of  species  assemblages.  

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Concordance  suggests  common  historical  events  have  shaped  biotas  within  a  given  area  (e.g.,  geological,  climatological  or  oceanographic  events).      Example:  91%  of  Australian  mammal  species  are  endemic  to  Australia  (compared  to  19%  for  the  holarc4c).    Long  term  isola4on  of  Australia  from  other  landmasses  has  probably  driven  high  degree  of  endemism.  

Provincialism  

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Concordance  suggests  common  historical  events  have  shaped  biotas  within  a  given  area  (e.g.,  geological,  climatological  or  oceanographic  events).      Example:  High  degree  of  endemism  in  the  North  American  Great  Basin.  

Provincialism  

11  

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Provinces,  like  regions,  may  be  separated  by  biogeographic  lines  

Provincialism  

12  (from  Miller  1966)  

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Provinces,  like  regions,  may  be  separated  by  biogeographic  lines  

Provincialism  

13  Freshwater  fish  provinces  of  Middle  America,  showing  numbers  of  families,  genera,  and  species  of  freshwater  fishes  in  each  area  (from  Miller  1966).  

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Marine  provincialism  is  generally  less  well  developed  than  terrestrial.  Higher  connec4vity  among  marine  habitats,  plus  high  dispersal  poten4al  for  many  marine  organisms  during  par4cular  life  stages  (e.g.,  planktonic  larvae  in  fish  and  invertebrates).  

Provincialism  

14  

Spalding  et  al.  (2007)  classified  the  world’s  con4nental  shelves  into  a  nested  system  of  12  realms  (colours),  62  provinces  (numbers),  and  232  ecoregions.  

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Marine  provincialism  is  generally  less  well  developed  than  terrestrial.  

Provincialism  

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(Barber  et  al.  2000)  

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Provinces  may  be  defined  by  geographic  features  and  paderns  of  diversity,  irrespec4ve  of  endemism.  

Provincialism  

16  

Fish  faunal  regions  of  Canada  based  on  similarity  of  species  between  secondary  watersheds.  (from  N.E.  Mandrak)  

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Provinces  may  be  defined  by  geographic  features  and  paderns  of  diversity,  irrespec4ve  of  endemism.    Recall  Amazonian  ecoregions,  which  are  divided  by  large  river  systems  and  also  delineate  range  limits  across  species  groups  

Provincialism  

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Disjunc0ons  can  occur  at  any  spa0al  scale  

Disjunc4on  

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e.g.,  Lepidosireniformes  (lungfishes)  in  South  America,  Africa,  and  Australia.  

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Disjunc0ons  can  occur  at  any  spa0al  scale  

Disjunc4on  

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e.g.,  Cudhroat  trout  in  western  North  America.  

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Three  poten0al  causes  of  disjunc0on:    1.   Vicariance  

Disjunc4on  

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Flightless  birds  

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Three  poten0al  causes  of  disjunc0on:    2.   Ex4nc4ons  

Disjunc4on  

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Tailed  frog  (Ascaphus  truei)   Cudhroat  trout  (Oncorhynchus  clarkii)  

Both  taxa  associated  with  high-­‐gradient  streams  in  mesic  forests.  This  habitat  disappeared  with  climate  change  following  glacial  retreat  (now  xeric).  

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Three  poten0al  causes  of  disjunc0on:    3.   Long  distance  dispersal  

Disjunc4on  

22  (from  McDowall  2002)  

Galaxias,  aka  inanga  (Galaxias  spp.)  

Origin  likely  in  New  Zealand  23  mya.  

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The  no0on  of  disjunc0on  relies  on  the  idea  that  taxa  are  closely  related.  

Disjunc4on  

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e.g.,  Freshwater  crayfish  (from  Crandall  et  al.  2000):  

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Endemism,  Provincialism,  and  Disjunc4on  References  for  this  sec0on:    Barber,  P.H.,  et  al.  2000.  A  marine  Wallace's  Line?  Nature  406:  692-­‐693.  

Crandall,  K.A.,  D.J.  Harris,  and  J.W.  Fetzner  Jr.  2000.  The  monophyle4c  origin  of  freshwater  crayfish  es4mated  from  nuclear  and  mitochondrial  DNA  sequences.  Proc.  Roy.  Soc.  Lond.  B.  267:  1679-­‐1686.  

Hafner,  J.C.,  et  al.  2008.  Phylogeography  of  the  pallid  kangaroo  mouse,  Microdipodops  pallidus:  a  sand-­‐obligate  endemic  of  the  Great  Basin,  western  North  America.  J.  Biogeography  35:  2102–2118.  

Lomolino,  M.V.,  B.R.  Riddle,  R.J.  Whidaker,  &  J.A.  Brown.  2010.  Biogeography  (4th  ed.,  Chapter  2).  Sinauer  Associates,  Inc.,  Sunderland,  Mass.  

McDowall,  R.M.  2002.  Accumula4ng  evidence  for  a  dispersal  biogeography  of  southern  cool  temperate  freshwater  fishes.  J.  Biogeography  29:  207-­‐219.  Miller,  R.R.  1966.  Geographical  distribu4on  of  Central  American  freshwater  fishes.  Copeia  4:  773-­‐802.  

Rahel,  F.J.  2000.  Homogeniza4on  of  fish  faunas  across  the  United  States.  Science  288:  854-­‐855.  

Spalding,  M.D.,    et  al.  2007.  Marine  ecoregions  of  the  world:  a  bioregionaliza4on  of  coastal  and  shelf  areas.  BioScience  57(7):  573-­‐583.  

Taylor,  E.B.  2004.  An  analysis  of  homogeniza4on  and  differen4a4on  of  Canadian  freshwater  fish  faunas  with  an  emphasis  on  Bri4sh  Columbia.  Can.  J.  Fish.  Aquat.  Sci.  61:  68-­‐79.  

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