Marginal and expanding populations of conservation biologically significant species in the Carpathian basin  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
84071
Type K
Principal investigator Varga, Zoltán Sándor
Title in Hungarian Konzervációbiológiai szempontból jelentős fajok peremhelyzetű és terjedő populációi a Kárpát-medencében
Title in English Marginal and expanding populations of conservation biologically significant species in the Carpathian basin
Keywords in Hungarian perempopulációk, terjedő populációk, demográfiai szerkezet, genetikai szerkezet, Kárpát-medence, klímaváltozások, konzervációbiológia, evolúciósan szignifikáns egységek, Pannon Régió
Keywords in English marginal populations, expanding populations, demographic structure, genetic structure, Carpathian basin, climate changes, conservation biology, evolutionarily significant units, Pannonian Region
Discipline
Animal behaviour, behavioural ecology (Council of Complex Environmental Sciences)40 %
Biodiversity, conservation biology and genetics, invasion biology (Council of Complex Environmental Sciences)30 %
Ortelius classification: Nature conservation
Analysis, modelling and simulation of biological systems (Council of Medical and Biological Sciences)30 %
Ortelius classification: Population biology
Panel Ecology and evolution 1
Department or equivalent Department of Evolutionary Zoology and Human Biology (University of Debrecen)
Participants Barta, Zoltán
Bereczki, Judit
Nagy, Antal
Pecsenye, Katalin
Rácz, István András
Vörös, Judit
Starting date 2011-02-01
Closing date 2015-07-31
Funding (in million HUF) 20.953
FTE (full time equivalent) 12.86
state closed project
Summary in Hungarian
Számos faj elterjedési határa torlódik össze a Kárpát-medence egyes területein, illetve gyakran közelrokon, allo- vagy parapatrikus fajok/alfajok elterjedési területei is itt érintkeznek egymással. Következésképpen, különböző dinamikus helyzetben levő peremhelyzetű populációk széles skálájéával találkozunk itt, amelyek részben visszaszorulók, reliktumjellegűek, részben terjedők, sőt rokon taxonokkal hibridizálódók. Ezáltal az áreaperemekkel és perempopulációkkal kapcsolatos kérdések sora válik itt vizsgálhatóvá, amelynek a klímaváltozás időszakában komoly természetvédelmi-biológiai jelentősége van. Az área-peremekkel és –átfedésekkel kapcsolatos kérdések vizsgálatára négy nagyobb állatcsoportból választottunk ki alkalmas fajokat/fajcsoportokat (Orthoptera, Lepidoptera, Amphibia, Reptilia).
Napjaink paleoökológiai kutatásai ismételten bebizonyították a Kárpát-medence egyes területein érvényesülő “kettős refugium-hatást”, amely alkalmas lehetett a hideg, illetve ingadozó klímájú jégkorszaki fázisokban a “hátráló” áreaperemi (“rear edge”) populációk megőrzésére. Úgy véljük, hogy azokat a területeket, ahol ilyen perempopulációk fennmaradhattak, mint ún. “extra-mediterrán” refugiális területeket jelölhetjük meg. Ezen megfontolások alapján egy négylépcsős kutatási programot állítottunk össze:
 Első lépés: A Kárpát-medencében jelenlegi elterjedési határukat elérő fajok utolsó jégkorszakbeli (LGM) elterjedésének rekonstrukciója és modellezése. A halmozódó áreahatárokkal jellemezhető faunaelemek összehasonlító filogeográfiai elemzése.
 Második lépés: Azon allo- és parapatrikus fajpárok/fajcsoportok ún. koaleszcencia-idejének megállapítása, amelyeknek genetikailag eltérő populációi a Kárpát-medencébe különböző irányokból behatolva itt találkoznak és/vagy hibridizálódnak.
 Harmadik lépés: A vizsgált fajok elterjedés-történetében bekövetkezett “bottle-neck” és terjedési-elszaporodási időszakok meghatározása az őskörnyezeti viszonyok változásával kapcsolatban.
 Nagyedik lépés: A Kárpát-medencében elterjedési határukat elérő és/vagy hibridizációs övezeteket alkotó fajok várható/lehetséges reakcióinak prediktálása a különböző lehetséges klímaszcenáriók alapján. Melyek lesznek/lehetnek a perempopulációk túlélési esélyei a hagyományos, illetve intenzíven használt (modern) kultúrtájban.
A filogeográfiai mintázatok és folyamatok összehasonlító elemzését a LGM refugiumok beágyazott szerkezetére (refugiumokon-belüli-refugiumok, mikro-refugiumok) és az extra-mediterrán (“nem-paradigmatikus”) refugiumokra vonatkozó legújabb eredmények alapján végezzük el. A filogeográfiai elemzés szorosan kapcsolódik a populációk terjedésének ill. visszaszorulásának vizsgálatával, a terjedő és hátráló szegélyekre (leading edge vs. rear edge) jellemző populációgenetikai folyamatok problematikájával. Elméleti feltételezéseinket és modelljeinket a történeti és recens klímaváltozásokra vonatkozó adatok alapján teszteljük.
Summary
Boundaries of geographical ranges are often packing in some parts of the Carpathian basin. Furthermore, ranges of allo/parapatric sister species/subspecies often overlap or contact here. Marginal populations of numerous species occur here in different dynamic states, like partly relict-like, retreating, partly expanding or even hybridising with parapatric sister taxa. As a consequence, we encounter here different phenomena connected with the edges of ranges which have conservation biological significance in a period of climatic change. We have selected different cases of range edges and marginal overlaps in different large taxonomical groups of animals: Orthoptera, Lepidoptera, Amphibia and Reptilia.
Recent palaeoecological surveys have demonstrated the “double refugial effect“ in some regions of the Carpathian basin which were suitable for conservation of “rear edge” populations during the cold climatic periods including the smaller climatic fluctuations within the major glacial cycles. We consider that we could identify as extra-Mediterranean refugia even those areas where “rear edge” populations could survive the LGM period.
Based on these general considerations a four-step research programme can be outlined:
 Step one: Palaeo-ecological reconstruction and modelling of LGM ranges of species which have recent range edges in the Carpathian basin. Comparative phylogeography of faunal types with packing edges of distribution.
 Step two: Reconstruction of the coalescence time in species with genetically divergent populations and/or “phylogeographic rendezvous” with or without hybridisation in the Carpathian basin.
 Step three: Reconstruction of bottleneck vs. population growth periods of these species in connection with the palaeo-environmental changes.
 Step four: Prediction of the possible reactions of species with range edges and/or hybrid zones in the Carpathian basin on climatic change scenarios. Which are the probable reactions of their marginal populations, and the chances for survival in a “traditional” vs “modern” cultural landscape?
Comparative aspects of phylogeographic patterns and processes will be elaborated connected with very recent developments concerning the nested structures within refugia (‘refugia within refugia’, micro-refugia) and extra-Mediterranean (cryptic northern ‘non-paradigmatic’) refugia. The phylogeographical analysis is intimately connected with the expansion and retreat of populations, with the problematic of leading edge vs. rear edge and with population genetic processes at the edges of geographical ranges. These theoretical considerations should be tested in connection with recent results of historical and recent climatic changes.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A Kárpát-medence kulcsszerepű volt a glaciális-interglaciális faunamozgásokban. Posztglaciálisan több irányból népesült be. Ezeknek a folyamatoknak a gócterületeit és fő útvonalait tártul fel molekuláris és morfometriai módszerekkel, és klimatikus-niche modellezéssel. Több, különböző állatcsoporthoz tartozó faj esetében extra-mediterrán ill. kárpáti gócterületekből történő benépesedést állapítottunk meg. Régiónk további fontos biogeográfiai vonása az elterjedési határok halmozódása és a különböző típusú izolátumok kialakulása. Az elterjedésperemi populációk egyrésze genetikailag változatosnak bizonyult. Szünpatrikus, parapatrikus rokon fajok esetében ökológiai, illetve reproduktív stratégiabeli különbségeket állapítottunk meg. Magas, ill. igen magas szintű genetikai variabilitást tapasztaltunk a nem-obligát mirmekofil, mérsékelten magas szintűt az obligát mirmekofil Lycaenidae-fajoknál. Csökkenő egyedszámú populációkban erős bottleneck hatást tapasztaltunk. Evolúciós, ill. természetvédelmi szempontból jelentős egységeket találtunk több védett lepkefajnál, ezek differenciált védelmi intézkedéseket igényelnek. A kontienentális fajok filogeográfiai mintázatainak összehasonlító vizsgálata révén új, a korábbi „expanziós-kontrakciós” modelltől eltérő új filogeográfiai paradigmát állapítottunk meg, eszerint a különböző fajok populációi „egyedileg” válaszolnak a klímaváltozásokra, így a társulások is ciklusosan felbomlanak és újraszerveződnek.
Results in English
The Carpathian basin played a crucial role in the glacial-interglacial faunal movements. We demonstrated the „multipolar” postglacial re-population, the core areas and ways of population with multiple, molecular and morphometric methods, and with climatic niche modelling. More, mostly extra-Mediterranean and/or Carpathian core areas and multiple directions of re-colonisation was demonstrated in several groups. Other important biogeographical trait of this region is the packing of boundaries of ranges connected with different types of isolations. Some marginal populations proved to be genetically diverse. Essential differences were demonstrated in sympatric or parapatric sister species with different ecological niches and/or reproductive strategies. High/very high level of genetic variation was found in non-obligatory, but rather moderate in obligatorily myrmecophilous lycaenid species. Serious bottlenecks were observed in some declining populations. Evolutionarily and/or conservationarily significant units were discovered in more protected butterfly species which need more differentiated measurements in the practical nature conservation. We developed a new paradigm for the biogeographical consequences of the glacial/interglacial cycles, based on the individual climatic response of species, which should replace the earlier contraction-expansion model. We demonstrated that continental species display manifold patterns of Quaternary dynamics.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=84071
Decision
Yes





 

List of publications

  
Habel, J.C., Meyer, M., Schmitt, T., Husemann, M. & Varga, Z.: The molecular biogeography of the Violet Copper Lycaena helle., in: Habel, J.C., Meyer, M. Schmitt, T. (ed.): Jewels In The Mist - A synopsis on the endangered Violet Copper butterfly Lycaena helle. Pensoft, Sofia, pp. 111-124., 2014
Szabó K., Vörös, J.: Distribution and hybridisation of Anguis fragilis and A. colchica in Hungary, Amphibia-Reptilia, 2014
Buckley, D., Molnár, V., Németh, G., Petneházy, Ö., Vörös, J.: 'Morster...-omics': on segmentation, re-segmentation and vertebrae formation in amphibians and other vertebrates., Frontiers in Zoology, 2014
Szanyi, Sz., Debnár, Zs., Nagy, A., Rácz, I. A., & Varga, Z.: Fragmentált gyepek három védett egyenesszárnyú (Orthoptera) fajának metapopuláció-hálózata az Aggteleki-karszton., Állattani Közlemények 98(1-2): 97-110., 2014
Szabolcs Szanyi, Antal Nagy, István A. Rácz, Zoltán Varga: Contrasting patterns of macroptery in Roesel’s bush cricket Metrioptera roeselii (Orthoptera, Ensifera), Estonian Journal of Ecology 63(4): 299-311, 2014
Tóth, J.P., Bereczki, J., Végvári, Zs., Juhász, E. & Varga, Z.: Different host plant utilization ability of two closely related Melitaea species (Lepidoptera: Nymphalidae)., European Journal of Entomology 112(1): 120-125., 2015
Bereczki, J., Rácz, R., Varga, Z. & Tóth, J.P.: Controversial patterns of Wolbachia infestation in the social parasitic Maculinea butterflies (Lepidoptera: Lycaenidae), Organisms Diversity & Evolution 10.1007/s13127-015-0217-7, 2015
Pecsenye, K., Bereczki, J., Juhász, E., Tartally, A. & Varga, Z.: Contrasting genetic structure in cuckoo and predatory Maculinea butterflies., Conservation Genetics 10.1007/s10592-015-0713-5, 2015
Bereczki, J., Tóth, J.P., Sramkó, G. & Varga, Z.: Multilevel studies on the two phenological forms of Large Blue (Maculinea arion) (Lepidoptera: Lycaenidae)., Journal of Zoological Systematics and Evolutionary Research 52(1): 32-43. DOI: 10.1111/jzs.12034., 2014
Pecsenye, K., Rácz, R., Bereczki, J., Bátori, E. & Varga, Z.: Loss of genetic variation in declining populations of Aricia artaxerxes in Northern Hungary., Journal of Insect Conservation 18: 233-243., 2014
Pecsenye, K., Bátori, E., Bereczki, J. & Varga, Z.: Evolúciós és konzervációs szempontból szignifikáns egységek (ESU és CU): Esettanulmányok kárpát-medencei lepkefajokon., Magyar Tudomány 4: 413-418., 2014
Tóth, J.P., Bereczki, J., Varga, Z., Sramkó, G. & Wahlberg, N.: Combined DNA and morphometric based phylogeny of the Melitaea phoebe (Lepidoptera: Nymphalidae) species group., Systematic Entomology 39: 749-757. doi:10.1111/syen.12083 IF: 2,553, 2014
Tóth, J.P., Bereczki, J. & Varga, Z.: Egy „rejtett faj” a Pannon régióban. Új eredmények a Melitaea phoebe fajcsoport taxonómiájában., Magyar Tudomány 4: 419-422., 2014
Végvári, Zs., Juhász, E., Tóth, J.P., Barta, Z., Boldogh, S., Szabó, S. & Varga, Z.: Life-history traits and climatic responsiveness in noctuid moths., Oikos doi: 10.1111/oik.01655, 2014
Tartally, A., Koschuch, A. & Varga, Z.: The re-discovered Maculinea rebeli (Hirschke, 1904): Host ant usage, parasitoid and initial food plant around the type locality with taxonomical aspects. (Lepidoptera, L, ZooKeys 406: 25–40. IF.: 0.86, 2014
Louy, D., Habel, C.J., Abadjiev, S., Rákosy, L., Varga, Z., Rödder, D. & Schmitt, T.: Molecules and models indicate diverging evolutionary effects from parallelaltitudinal range shift in two mountain Ringlet butterflies., Biological Journal of the Linnean Society - 112:569-583., 2014
Tóth, J.P., Bereczki, J., Végvári, Zs., Juhász, E. & Varga, Z.: Different host plant utilization ability of two closely related Melitaea species (Lepidoptera: Nymphalidae)., European Journal of Entomology 112(1): 120-125., 2014
Vörös J, Kiss I and Puky, M:: Amphibian Declines and Conservation in Hungary., Status of In: H. Heatwole and J.W. Wilkinson (Eds.)Decline of Amphibians: Eastern Hemisphere. Amphibian Biology Vol. 11. Pelagic Publishing, 99-130., 2014
Wiesltra B., Sillero N., Vörös J. & Arntzen J.W.: Distribution of the crested and marbled newt species (Amphibia: Salamandridae: Triturus)) – an addition to the New Atlas of Amphibians and Reptiles of Europe., Amphibia-Reptilia 35: 376-381., 2014
JUDIT BERECZKI, JÁNOS P. TÓTH, ANDREA TÓTH, EDIT BÁTORI, KATALIN PECSENYE and ZOLTÁN VARGA: The genetic structure of phenologically differentiated Large Blue (Maculinea arion) populations (Lepidoptera: Lycaenidae) in the Carpathian Basin, European Journal of Entomology 108: 519–527, 2011, 2011
János P. Tóth∗, Zoltán Varga: Inter- and intraspecific variation in the genitalia of the ‘Melitaea phoebe group’ (Lepidoptera, Nymphalidae), Zoologischer Anzeiger 250 (2011) 258–268, 2011
E. Bátori, K. Pecsenye, J. Bereczki & Z. Varga: Patterns of genetic and taxonomic differentiation in three Melitaea (subg. Mellicta) species (Lepidoptera, Nymphalidae, Nymphalinae), Journal of Insect Conservation DOI 10.1007/s10841-011-9447-y, 2011
Tartally, A., Fürst, M.A., Kelager, A., Vizauer, T.-Cs., Rákosy, L., Varga, Z., Nash, D.R.: Syntopic genetic differentiation in Maculinea alcon (lepidoptera: lycaenidae) linked by host plants and host ants., – CLIMIT Project meeting, 1-2 November 2011, Laufen/Salzach (ANL), 2011
Bátori, E., Pecsenye, K., Bereczki, J. & Varga, Z. IF:1,688: Patterns of genetic and taxonomic differentiation in three Melitaea (subg. Mellicta) species (Lepidoptera, Nymphalidae, Nymphalinae), Journal of Insect Conservation 16:647-656., 2012
Bátori E., Pecsenye K., Tóth J.P. & Varga Z.: Patterns of genetic and morphometric differentiation in Melitaea (Mellicta) athalia (Lepidoptera: Nymphalidae)., Biological Journal of the Linnean Society 107 (2): 398-413., 2012
Hollós, A., Pecsenye, K., Bereczki, J., Bátori, E., Rákosy, L. & Varga, Z.: Pattern of genetic and morphometric differentiation in Maculinea nausithous (Lepidoptera: Lycaenidae) in the Carpathian Basin., Acta Zoologica Hungarica Academiae Scientiarum Hungaricae 58(1): 87-103., 2012
Rákosy, L., Pecsenye, K., Mihali, C., Tóth, A. & Varga, Z. (2012): Taxonomic review of Euphydryas maturna (Linnaeus, 1758) (Lepidoptera, Nymphalidae) with description of a new subspecies from Dobrogea (Romania) and notes on conservation, Acta Zoologica Hungarica Academiae Scientiarum Hungaricae 58 (2): 89-105., 2012
Schmitt, T. & Varga, Z.: Extra-Mediterranean refugia: The rule and not the exception?, Frontiers in Zoology 9:22-doi:10.1186/1742-9994-9-22., 2012
Tóth, J.P., Varga, K., Végvári, Zs. & Varga, Z.: Distribution of the Eastern Knapweed Fritillary (Melitaea ornata Christoph, 1893) (Lepidoptera: Nymphalidae): Past, Present and Future., Journal of Insect Conservation DOI 10.1007/s10841-012-9503-2., 2012
Bereczki, J., Tóth, J.P., Sramkó, G. & Varga, Z.: Multilevel studies on the two phenological forms of Large Blue (Maculinea arion) (Lepidoptera: Lycaenidae)., Journal of Zoological Systematics and Evolutionary Research (under review), 2013
Tóth, J.P., Bereczki, J., Spring, N., Varga, K., Végvári, Z. & Varga, Z.: FAQ (?) about the ’data deficient’ species Melitaea ornata Christoph, 1893 (Eastern Knapweed fritillary)., FOB, Vageningen (Netherlands). Abstract: pp. 90. (No. p-2-2.), 2012
Bátori, E., Pecsenye, K., Tóth, J.P. & Varga, Z. 2012.: Genetic variation in Melitaeini butterflies in the Carpathian Basin., CLIMIT, final meeting, Halle (Germany). 2012. 12, 9-11. (poster), 2012
Tóth, J.P., Bereczki, J., Bátori E., Szabó, S. & Varga, Z.: Host plant utilization ability in two closely related Melitaea species., CLIMIT final meeting, Halle (Germany), 2012. 12. 9-11. (poster), 2012
Tóth, J.P.: Taxonomy, distribution and ecology of Melitaea ornata (Lepidoptera: Nymphalidae) ˗ A Melitaea ornata (Lepidoptera: Nymphalidae) taxonómiája, elterjedése és ökológiája., PhD Theses, University of Debrecen, Faculty of Science and Technology, 2012
Szabó K., Vörös J., Gvozdik V., Jandzik D.: When molecular taxonomy meets conservation: distribution and hybridization of slow worms (Anguis fragilis and A. colchica) in Hungary., ConGRESS: Utilization of genetic approaches for effective conservation of endangered species, Regional Workshop, Abstract book: 31., 2012
Buckley, D, Molnár, V., Németh, G., Petneházy, Ö. & Vörös, J.: ‘Monster… -omics’: on segmentation, re-segmentation, and vertebrae formation in amphibians ‘Monster… -omics’: on segmentation, re-segmentation, anand other vertebrates, Frontiers in Zoology 10:17., 2013
Szabó K. & Vörös J.: -: Distribution and hybridization of Anguis fragilis and A. colchica in Hungary, Amphibia-Reptilia DOI: 10.1163/15685381-00002927, 2013
Bereczki, J., Tóth, J.P., Sramkó, G. & Varga, Z. 2013.: Multilevel studies on the two phenological forms of Large Blue (Maculinea arion) (Lepidoptera: Lycaenidae)., Journal of Zoological Systematics and Evolutionary Research DOI: 10.1111/jzs.12034., 2013
Varga, Z. 2013.: A Kárpát-medence állatföldrajzi tagolódása., Soósiana 32 (2012): 39-52., 2013
Louy, D., Habel, C.J., Abadjiev, S., Rákosy, L., Varga, Z., Rödder, D. & Schmitt, T.: Molecules and models indicate diverging evolutionary effects from parallel altitudinal range shift in two mountain Ringlet butterflies., Biological Journal of the Linnean Society - Manuscript ID BJLS-3069.R1 (accepted)., 2013
Tóth, J.P., Bereczki, J., Varga, Z., Sramkó, G. & Wahlberg, N.: Combined DNA and morphometric based phylogeny of the Melitaea phoebe (Lepidoptera: Nymphalidae) species group., Systematic Entomology (under revision), 2013
Pecsenye, K., Rácz, R., Bereczki, J. Bátori, E. & Varga, Z.: Loss of genetic variation in declining populations of Aricia artaxerxes in Northern Hungary., Journal of Insect Conservation (under revision), 2013



Back »