Relationships among the three levels of biodiversity - genes, species and ecosystems: an empirical study with alpine amphibians from Trentino

In the present study, we investigated amphibian biodiversity of a south-eastern Alpine region, Trentino, considering the evolutionary and ecological processes acting at the different levels of biological diversity (i.e. genes, species, and ecosystems), within a systemic perspective. We chose a model organism, the common frog (Rana temporaria), as target species for investigating patterns of diversity at the genetic level. We investigated the past evolutionary history of Rana temporaria by means of a phylogeographic study, based on mtDNA data. We highlighted a complex scenario, with three different Pleistocene glacial refugia located in the southern slopes of the Alps, routes of post-glacial recolonization following irregular patterns and a contact zone among different evolutionary lineages in the eastern part of the region. Afterwards, we conducted a population and landscape genetics study, using microsatellite markers for evaluating patterns of current genetic variability and genetic structure in Rana temporaria populations. We detected a main barrier to gene flow, the Adige river valley, and different spatial patterns, for both genetic variability and fine-scale population structure, in the two sub-regions. Lastly, we studied the relationship between species diversity of amphibian communities and genetic diversity of the model species, Rana temporaria. We found a strong negative correlation, and we demonstrated that the recorded pattern was due to the opposite influence of environmental factors on the two levels of biological diversity. Our results show the importance of considering the different levels of biodiversity in conservation strategies, and suggest that species diversity cannot be universally used as proxy for genetic diversity in conservation planning.

Nel presente studio, abbiamo analizzato la biodiversità anfibia di una regione delle Alpi sud-orientali, il Trentino, considerando i processi evoluzionistici ed ecologici che agiscono ai vari livelli della diversità biologica, all’interno di una prospettiva sistemica. Abbiamo scelto un organismo modello, la rana di montagna (Rana temporaria), come specie target per lo studio dei pattern di diversità a livello genetico. Abbiamo analizzato la storia evolutiva passata di Rana temporaria per mezzo di uno studio filogeografico, basato su dati di DNA mitocondriale. Abbiamo messo in luce uno scenario complesso, con tre diversi rifugi glaciali Pleistocenici, situati ai margini meridionali delle Alpi, rotte di ricolonizzazione irregolari, e una zona di contatto tra diverse linee evolutive nella parte orientale della regione. In seguito, abbiamo condotto uno studio di genetica di popolazione e del paesaggio, utilizzando marcatori microsatelliti per valutare i pattern attuali di diversità genetica e struttura genetica nelle popolazioni di Rana temporaria. Abbiamo riscontrato un’importante barriera al flusso genico, corrispondente alla valle del fiume Adige, e diversi pattern spaziali, sia per la variabilità genetica che per la struttura di popolazioni a scala fine, nelle due sotto-regioni. Infine, abbiamo studiato le relazioni tra la diversità specifica delle comunità anfibie e la diversità genetica della specie modello, Rana temporaria. Abbiamo riscontrato una forte correlazione negativa, e dimostrato che tale pattern è dovuto all’influenza opposta dei fattori ambientali sui due livelli di diversità biologica. I nostri risultati mostrano l’importanza di considerare i diversi livelli di biodiversità nelle strategie conservazionistiche, e suggeriscono che la diversità specifica non può venir universalmente utilizzata come proxy della diversità genetica nella pianificazione conservazionistica.