Basin-scale planning is needed to minimize impacts in mega-diverse rivers

Abstract Ichthyological surveys have traditionally been conducted using whole-specimen, capture-based sampling with varied, but conventional fishing gear. Recently, environmental DNA (eDNA) metabarcoding has emerged as a complementary, and possible alternative, approach to whole-specimen methodologies. In the tropics, where much of the diversity remains undescribed, vast reaches continue unexplored, and anthropogenic activities are constant threats; there have been few eDNA attempts for ichthyological inventories. We tested the discriminatory power of eDNA using MiFish primers with existing public reference libraries and compared this with capture-based methods in two distinct ecosystems in the megadiverse Amazon basin. In our study, eDNA provided an accurate snapshot of the fishes at higher taxonomic levels and corroborated its effectiveness to detect specialized fish assemblages. Some flaws in fish metabarcoding studies are routine issues addressed in natural history museums. Thus, by expanding their archives to include eDNA and adopting a series of initiatives linking collection-based research, training and outreach, natural history museums can enable the effective use of eDNA to survey Earth’s hotspots of biodiversity before taxa go extinct. Our project surveying poorly explored rivers and using DNA vouchered archives to build metabarcoding libraries for Neotropical fishes can serve as a model of this protocol.

ABSTRACT Aim Community phylogenetics provides important information about the evolutionary and ecological factors help structure regional species assemblages. Here, we analyze phylogenetic diversity (phylodiversity) patterns among fish species in 97 sub-drainages of the Amazon basin, to evaluate the roles of historical and contemporary processes in generating and maintaining the exceptional richness and endemism of Amazonian fish species assemblages. Location Amazon River basin Taxon Freshwater fishes Methods Using a large comprehensive database of freshwater fish species distributions, and a well-sampled molecular phylogeny of ray-finned (actinopterygian) fishes, we develop of multivariate statistical model to correlate estimated historical and contemporary environmental parameters with sub-drainage phylodiversity patterns. The model employs three phylogenetic metrics: i.e.: phylogenetic diversity (PD) sensu stricto , mean pairwise phylogenetic distance (MPD) between species capturing phylodiversity variation at older evolutionary timescales), and mean nearest taxon distance (MNTD) capturing variation in phylodiversity at younger evolutionary timescales. Results The model recovered significant effects of elevation gradients, contemporary climate, habitat fragmentation, water types, and past marine incursions on assemblage phylodiversity patterns. The model also found significantly negative relationships among the three phylogenetic metrics, and between these metrics and distance to mouth of the Amazon, representing a West-East longitudinal gradient. Main conclusions Our study revealed a highly non-random spatial and environmental distribution of our three phylogenetic diversity metrics across the 97 sub-drainages of the Amazon basin. Beyond significant regional effects of several environmental and historical drivers, we also found a significant West-East gradient of increasing phylogenetic diversity and phylogenetic relatedness, both patterns suggesting deeper evolutionary divergences among taxa located to the east, and more diverse, more recent radiations in the western sub-drainages. We conclude that western Amazonia can be seen as an evolutionary “cradle” of biodiversity for freshwater fishes in the Amazon basin as a whole. Significance Statement This manuscript reveals spatial patterns of freshwater fish phylogenetic diversity and relatedness and explains its major contemporary and historical drivers in the Amazon basin. Amazon basin contains the highest freshwater biodiversity on Earth, as so investigate phylogenetic dimension of diversity is extremally relevant from the perspective of understanding the information on the evolutionary processes that had shaped Amazonian contemporary fish assemblages.

Abstract The Amazon is probably the most diverse realm on Earth, and is considered to be the primary source of diversity and a center of dispersal for Neotropical terrestrial organisms. Yet, the assumption that the Amazon basin is a primordial place of fish species origination and dispersal into other drainages still need to be tested. We addressed this issue by inferring a time-stratified biogeographic history and reconstructing the ancestral habitat preference of Hypostomus , a continentally widespread and species-rich Neotropical genus. We found that Hypostomus emerged in the Western Amazon (∼14.7 Ma), when the Western Amazon River was flowing northwards and disconnected from the Eastern Amazon. We show that dispersal events in the first half of Hypostomus evolution occurred from the Western Amazon into adjacent basins, initiating its Neotropical radiation. The ancestral preferred habitat consisted in small rivers with running waters, a predominant habitat in river headwaters. Because of strong niche conservatism in the early evolution of Hypostomus , we suggest that most of the out-of-Western-Amazon dispersal occurred via headwater captures. The radiation of Hypostomus was further promoted by major reconfigurations of river basins, which opened dispersal opportunities into new drainages. Diversification in habitat preference coincided with colonization of basins already occupied by congenerics, indicative of niche shifts triggered by inter-specific competition and species coexistence. By analyzing the evolutionary history of Hypostomus , we show that Western Amazon was the main center of fish dispersal in the Neotropical Region from Middle Miocene to the present, supporting the cradle hypothesis of fish origination and dispersal.