A small fish in a large landscape: Evolution of Rhinichthys osculus in the American West

Authors: Oakey, David D.1, Douglas, Michael E.*2, Douglas, Marlis R.2

Year: 2003 (xxxv)

Abstract

We mapped 114 restriction sites in the mitoch ondrial (mt) DNA genome of the speckled dace, Rhinichthys osculus, a small cyprinid broadly distributed in western North America. These data were used to derive a molecular phylogeny for the speci es that was contrasted against the hydrographic evolution of the region. Although haplotypic variation was extensive among our 59 sampled populations and 104 individuals, their fidelity to current drainage basins was a hallmark of the study.

Two large clades, representing the Colorado and Snake rivers, were prominent in our results. The Colorado River clade was divided into four cohesive and well-defined sub-basins that arose in profound isolation as an apparent response to regional aridity and tectonism. The lower Colorado River and Little Colorado River sub-basins are sister to one another, and (with the upper Colorado River) form a large clade of higher-elevation populations that reflect post-glacial re-colonization from refugia in the Middle Colorado River. The latter sub-basin is sister to the Los Angeles basin in California, thus supporting the hypothesis of an ancient connection between the two. A haplotype from the northern Bonneville basin was sister to the entire Colorado River clade. The Snake River clade reveal ed a strongly supported Lahontan group that did not share haplotypes with populations in surrounding basins. Instead, it contained scattered sites from former Pluvial Lake Lahontan, as well as from eastern California. It was, in turn, sister to the Owens River, while R. falcatus was sister to this larger clade. The hypothesis of a southerly, “fishhook”-configured tributary, associated with a westward-draining Pliocene Snake River, was manifested by the relationship of this Lahontan clade to upper Snake and northern Bonneville Basin localities. The Klamath/Pit and Columbia rivers were sisters and their basal relationship to all the above, and this supported the hypothesis of a pre-Pliocene western passage of the Snake River. Our data also supported at least three separate ichthyofauna l invasions of California, as well as a Bonneville Basin fragmented by a north-south connection between southeastern Idaho and the Colorado River. The dual western and southern movements of R. osculus from southern Idaho suggested a northern origin for the species, possibly associated with Tertiary Lake Idaho.

Resumen

Un pequeño pez en un gran paisaje: Evolución de Rhinichthys osculus en el oeste americano Se mapearon 114 sitios de restricción en el genoma mitocondrial (mt) de AND de la carpita pinta, Rhinichthys osculus, un pequeño ciprínido ampliamente distribuído en el oeste de Norteamérica. Los datos fueron usados para derivar una filogenia molecular para las especies, contrastándola con la evolución hidrográfica de la región. Aunque la variación haplotípica fue extensiva entre las 59 poblaciones y los 104 individuos muestreados, su fidelidad a las actuales cuencas de drenaje fue el punto de contraste en el estudio. Lo más notorio en los resultados fueron dos grandes clados, representativos de los ríos Colorado y Snake. El clad o correspondiente al Colorado se dividió en cuatro subcuencas unidas y bien definidas que se forman en un aislamiento total, en aparente respuesta a la aridez y tectonismo regional. Las subcuencas del bajo Río Colorado y Río Little Colorado son “hermanas”, y (con la parte alta del Río Colorado) forman un gran clado de poblaciones a elevaciones más altas, las cuales reflejan una recolonización post-glacial de refugios de la parte media del Río Colorado. La última subcuenca es “hermana” de la cuenca de Los Angeles en California, y esto apoya la hipótesis de una antigua conección entre las dos. Un haplotipo del norte de la Cuenca Bonneville era “hermano” del clado de todo el Río Colorado. El clado del Río Snake mostró un “grupo de Lahontan” firmemente sostenido, que no compartía haplotipos con poblaciones de las cuencas circundantes. En lugar de eso, el clado estaba conformado por sitios dispersos del antiguo Lago Pluvial Lahontan, y del este de California. Este clado fue, a su vez, “hermana” de la del Rí o Owens, mientras que la especie R. falcatus fue “hermana” de este clado mayor. La hipótesis de un tributario sureño, en forma de anzuelo, y asociado con un Río Snake con drenaje en dirección oeste en el Plioceno, estuvo de manifiesto por la relación de este clado del Lahontan con las localidades del norte de la Cuenca Bonneville y la parte superior del Snake. Los ríos Klamath/Pit y Columb ia fueron “hermanos”, y su elemental relación con todo lo anterior apoyó la hipótesis de un pasaje occidental en el pre-Plioceno del Río Snake. Los presentes datos apoyan, también, por lo menos tres invasiones separadas de ictiofaunas a la región de California, así como una Cuenca Bonneville fragmentada por una conección norte-sur entre el sureste de Idaho y el Río Colorado. Los movimientos duales de R. osculus, al sur y al oeste desde el sur de Idaho, sugirieron un origen norteño para la especie, posiblemente asociado con el antiguo Lago Idaho, existente en el Terciario.

Osborne, Megan J. *; Benavides, Melissa A.; Alo, Dominique; Turner,