Molekulare Biogeographie

Prof. Dr. Thomas Schmitt ist Direktor des Deutschen Entomologischen Instituts Müncheberg der Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung (SGN)

Vorwort11

1 Geschichte und Grundlagen der klassischen Biogeographie15

1.1 Bioreiche und Faunenregionen15

1.2 Ausbreitungszentren und Faunenelemente17

2 Warum molekulare Biogeographie?25

2.1 Selektion bei molekularen Markern25

2.2 Die Masse macht’s: Vorzüge molekularer Marker für die Analyse einzelner Arten26

2.3 Genealogien von molekularen Markern27

2.4 Die Entstehung der Phylogeographie27

3 Techniken der molekularen Biogeographie29

3.1 Genetische Markersysteme29

3.1.1 Allozyme29

3.1.2 Mikrosatelliten30

3.1.3 mtDNA Sequenzierung31

3.1.4 Sequenzierung nukleärer DANN32

3.1.5 DNA-Fingerprinting-Techniken: RAPDs, AFLPs und verwandte Marker33

3.1.6 Single Nucleotid Polymorphisms (SNPs)35

3.2 Statistische Methoden der Auswertung molekularer Datensätze35

3.2.1 Genetische Diversitäten und genetische Distanzen35

3.2.2 F-Statistik37

3.2.3 Haplotypennetzwerke40

3.2.4 Mismatch Distributions und Tajima’s D42

3.2.5 Clusteranalysen43

3.2.6 STRUCTURE, BAPS und GENELAND45

3.2.7 Molekulare Uhren45

4 Ausbreitung: Prozesse und Muster 49

5 Westliche Paläarktis 55

5.1 Mediterrane Arten55

5.1.1 Die mediterranen Refugialräume 55

5.1.2 Postglaziale Arealexpansionen aus mediterranen Refugialräumen: Die vier Paradigmen79

5.1.3 Ausbildung von Kontaktzonen in Europa81

5.1.4 Die makrogenetische Struktur Europas für Arten mit mediterranen Ausbreitungszentren 84

5.1.5 Zusammenfassung mediterrane Arten84

5.2 Kontinentale Arten85

5.2.1 Extramediterrane Arealkerne und ihre Arealdynamiken86

5.2.2 Kombination extramediterraner und mediterraner Arealkerne98

5.2.3 Was macht extramediterrane Glazialrefugien so wichtig und so besonders?105

5.2.4 Zusammenfassung kontinentale Arten107

5.3 Gebirgsarten und Arten des Hohen Nordens108

5.3.1 Genetische Strukturen innerhalb von Gebirgen109

5.3.2 Biogeographische Verbindungen zwischen Gebirgssystemen123

5.3.3 Arkto-alpine Arten131

5.3.4 Boreo-montane und montan disjunkte Arten136

5.3.5 Oro-mediterrane Arten143

5.3.6 Zusammenfassung Gebirgsarten und Arten des Hohen Nordens144

5.4 Arten der großen Fließgewässer Europas145

5.4.1 Phylogeographie europäischer Fischarten145

5.4.2 Zusammenfassung Arten der großen Fließgewässer157

5.5 Zusammenfassung westliche Paläarktis157

6 Eurasien159

6.1 Der Taigagürtel Eurasiens159

6.2 Biogeographische Verbindungen zwischen Ostasien und Nordamerika169

6.3 Phylogeographie Ostasiens172

6.3.1 Ost- und Südchina172

6.3.2 Tibet und die hohen Plateaus180

6.3.3 Der trockene Westen Chinas183

6.3.4 Japan185

6.3.5 Taiwan188

6.4 Phylogeographie Südostasiens190

6.4.1 Indien195

6.4.2 Indochina198

6.4.3 Sundaland 200

6.4.4 Philippinen206

6.4.5 Wallacea214

6.5 Zusammenfassung Eurasien217

7 Nordamerika221

7.1 Der Südosten Nordamerikas221

7.1.1 Beispiel Rattenschlange222

7.1.2 Beispiel Klappschildkröte224

7.1.3 Biogeographische Paradigmen im südöstlichen Nordamerika225

7.1.4 Refugien weiter nördlich in den östlichen USA229

7.1.5 Biogeographie der Küstenbewohner des südöstlichen Nordamerikas229

7.1.6 Mikrorefugien in den südöstlichen USA232

7.2 Der Westen Nordamerikas236

7.2.1 Von Norden und Süden: Die Bedeutung des Beringischen Refugiums für an Kälte angepasste Arten236

7.2.2 Differenzierung in Beringien238

7.2.3 Some like it cool: Kryptische Refugien im Nordwesten Nordamerikas240

7.2.4 Refugien-in-Refugien: der Nordwesten der USA244

7.2.5 Postglaziale Kolonisationsrouten im pazifischen Nordwesten Nordamerikas248

7.2.6 Phylogeographische Ringe um das zentrale Tal Kaliforniens249

7.2.7 Südliche Regression, nördliche Expansion: Rückzugsgebiete im Südwesten Nordamerikas253

7.2.8 Die Wüsten Nordamerikas257

7.2.9 Phylogeographischer Ring um das Große Becken: die Ponderosa-Kiefer262

7.3 Zusammenfassung Nordamerika265

8 Subsahara-Afrika267

8.1 Savannen Afrikas268

8.1.1 Fallbeispiele von Huftieren der afrikanischen Savannen268

8.1.2 Repetitive phylogeographische Muster in den afrikanischen Savannen272

8.2 Regenwälder Afrikas275

8.2.1 Der Dahomé Gap276

8.2.2 Die westafrikanischen Regenwaldgebiete279

8.2.3 Das Kongobecken279

8.3 Weit verbreitete Taxa Subsahara-Afrikas287

8.4 Out of Africa291

8.5 Gebirge Subsahara-Afrikas293

8.6 Kapensis299

8.7 Madagaskar300

8.7.1 Die Herkunft der Arten Madagaskars302

8.7.2 Artentstehung auf Madagaskar und phylogeographische Muster307

8.8 Zusammenfassung Subsahara-Afrika314

9 Süd- und Mittelamerika317

9.1 Besiedlung Südamerikas320

9.2 Regenwälder Süd- und Mittelamerikas322

9.2.1 Amazonien323

9.2.2 Mata Atlântica330

9.2.3 Verbindungen zwischen Amazonien und Mata Atlântica333

9.2.4 Wälder Mittelamerikas und der Karibik336

9.3 Von der Caatinga zum Chaco: Die Savannen und Trockenwälder Südamerikas341

9.4 Der Süden Südamerikas345

9.4.1 Chile345

9.4.2 Steppen Südargentiniens355

9.4.3 Komplexe Muster im temperaten Teil Südamerikas357

9.5 Zusammenfassung Süd- und Mittelamerika361

10 Australien und Neuseeland363

10.1 Die Regenwälder Nordost-Australiens364

10.2 Der Waldgürtel Ostaustraliens368

10.3 Der Süden Australiens373

10.4 Der Norden Australiens379

10.5 Tasmanien, erst seit dem Ende des letzten Glazials wieder eine Insel381

10.6 Ein Kontinent im Kleinen: Die Phylogeographie Neuseelands382

10.7 Zusammenfassung Australien und Neuseeland391

11 Molekulare Inselbiogeographie393

11.1 Besiedlung von Inselgruppen394

11.2 Adaptive Radiationen auf Inseln397

11.3 Die Bedeutung der Mobilität399

11.4 Das Entstehen von Inselketten402

11.5 Inselketten im Pazifik404

11.6 Makaronesien408

11.6.1 Artenarmut der Azoren und Kapverden gegenüber Artenreichtum der Kanaren408

11.6.2 Die Kanaren411

11.7 Zusammenfassung Inselbiogeographie425

12 Molekulare Biogeographie im Naturschutz427

13 Glossar431

14 Literatur437

15 Register495