Butterfly mobility: genetics and mark-release recapture studies

Abstract

A dispersão biológica das espécies sempre foi um tema importante em vários estudos em ecologia de populações. Sabe-se que diferentes espécies de borboletas apresentam diferentes tipos de comportamentos: migratório ou sedentário. São conhecidos vários estudos genéticos que dizem respeito à estrutura populacional e aos problemas de isolamento. No entanto, são geralmente desconhecidos estudos de comportamento de dispersão das espécies para a análise populacional. Seleccionaram-se, por isso, dois métodos distintos, microssatélites e marcação e recaptura, para caracterizar a mobilidade de borboletas. Para o método genético foram selecionadas 16 populações (634 indivíduos) de Brenthis ino (Rottemburg, 1775), recolhidas em Rheinland-Pfalz, Alemanha e Alsace, França, a fim de identificar a estrutura genética das populações em estudo. Através da análise por microssatélites de onze loci polimórficos, foi possível identificar a sua variabilidade e a estrutura genética entre populações. A diferenciação genética entre as populações (FST = 0.040) foi significativa. A média da heterozigosidade observada e o erro padrão foi de 0.64±0.013, enquanto a heterozigosidade esperada foi 0.73±0.008. Oito dos onze loci estavam em equilíbrio de Hardy-Weinberg, mas a presença de alelos nulos é provável para três loci. Foi encontrado um sistema de isolamento por distância, que é significativo ao ponto de explicar quase 42% da diversidade genética entre as populações. Nenhum sistema de isolamento por distância foi encontrado nas montanhas de Hunsrück, indicando que ocorre um grande fluxo genético entre populações da região. O segundo método utilizado foi o de marcação e recaptura. Em Trier, Rheinland-Pfalz, Alemanha, foram marcados 1.210 indivíduos de cinco espécies diferentes, Anthocharis cardamines, Pieris napi, Pieris rapae, Leptidea reali e Araschnia levana, a fim de examinar o comportamento de dispersão. A baixa taxa de recaptura indicou que se está perante grandes populações de Pieris napi; Pieris rapae e Leptidea reali. A função exponencial negativa (NEF) mostrou ser o melhor modelo para prever os movimentos de longa distância dos indivíduos por captura/recaptura para as espécies Pieris napi, Pieris rapae e Leptidea reali. Os resultados desta previsão indicam que estas três espécies poderão voar longas distâncias, apresentando uma grande mobilidade. Os resultados obtidos para B. ino são importantes uma vez que esta apresenta um estatuto vulnerável em Rheinland-Pflaz. Programas de monitorização poderão ser aplicados para as cinco espécies do estudo de marcação e recaptura para se caracterizar as tendências populacionais de mobilidade.

Biological dispersal has always been an important topic in several studies in population ecology. It is known that different butterfly species present a sedentary or migratory behaviour. While the genetic analysis intends to respond to population structure and isolation issues that are mostly well studied, the effects of different dispersal behaviours of species are widely unknown. Therefore, we selected two different methods, a genetic and an ecological, to characterise butterfly mobility. For the genetic method we selected 16 populations (634 individuals) of Brenthis ino (Rottemburg, 1775), collected in Rhineland-Palatinate, Germany and Alsace, France in order to identify the genetic structure of the study populations. Through analysing eleven polymorphic microsatellite loci, we could identify the genetic variability and structure among populations. The genetic differentiations among populations (FST = 0.040) was highly significant. The mean value of observed heterozygosity and the standard error was 0.64±0.013, while the one of the expected heterozygosity was 0.73±0.008. Eight of the eleven loci were in Hardy-Weinberg equilibrium, but presence of null alleles is likely for three loci. A system of isolation-by-distance was found and it explains almost 42% of the genetic differentiation among populations. No system of isolation-by-distance was found in the Hunsrück mountains leading to a large gene-flow among populations occurring in this region. The mark-release recapture was the second method used. In Trier, Rhineland-Palatinate, Germany, we marked 1.210 individuals of five different species, Anthocharis cardamines, Pieris napi, Pieris rapae, Leptidea reali and Araschnia levana in order to examine their dispersal behaviour. The Negative Exponential Function (NEF) was the best model to predict long distance movements of the capture/recapture individuals for the species Pieris rapae, Pieris napi and Lepdtidea reali. The results of this prediction show that they can move large distances, therefore, we can assume that these three species have a large mobility. The results obtained for the genetic structure seems to guarantee a genetic long-term survival for most of our 16 populations of B. ino. This is an important result once it has a vulnerable status for Rheinland-Pflaz. All five species have a least concern status for the same region, although conservative measures should not be forgotten. Butterfly monitoring programs are an option that describes large-scale population trends.