Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/31961
Title: From taxonomy to multiple-trait bioassessment: the role of Chironomidae in separating naturally poor from disturbed communities
Authors: Serra, Sónia Raquel Quinás 
Orientador: Feio, Maria João
Graça, Manuel Augusto Simões
Dolédec, Sylvain
Keywords: Diptera; Bioassessment; Fuzzy coding; Traits; Life-history strategies; River types; Disturbance; Holarctic; Diptera; Bioavaliação
Issue Date: 22-Feb-2017
Citation: SERRA, Sónia Raquel Quinás - From taxonomy to multiple-trait bioassessment : the role of Chironomidae in separating naturally poor from disturbed communities. Coimbra : [s.n.], 2017. Tese de doutoramento. Disponível na WWW: http://hdl.handle.net/10316/31961
Project: info:eu-repo/grantAgreement/FCT/SFRH/SFRH/BD/80188/2011/PT 
Abstract: Chironomidae (Diptera) have a worldwide distribution, being found over a wide range of habitats. Their larvae thrive in almost every possible freshwater habitat, with representatives also in terrestrial and marine environments, representing a major macroinvertebrate component in terms of abundance and richness. However, Chironomidae are generally neglected in community studies mainly because of difficulties in species larval identification. This compromises also the recognition and use of Chironomidae in trait-based approaches, which promote an indirect measurement of functional integrity in fresh waters. The aim of this thesis was to fill this latter gap by: (1) building a trait database for European Chironomidae at the genus level (Chapter I); (2) evaluating if the developed database at the genus level provides additional information to a commonly used European database developed at the subfamily and tribe level for Chironomidae (Chapter II); (3) testing Chironomidae traits relevance in bioassessment through their ability to discriminate naturally different stream types and segregate least disturbed from disturbed sites (Chapters III and IV); (4) comparing trait information gathered in the new European database (Chapter I) with similar information gathered for North America for the same genus and species, and simultaneously testing for trait variability between continents (Chapter V). In Chapter I the general methodology for the construction of the Chironomidae trait database at the genus level is described. The trait database was developed gathering existing information in literature for 744 species and 178 genera, considering 186 trait categories from 37 traits divided in two major domains: Eltonian - related to organism function and influence over its environments; and Grinnellian - associated to organism requirements and performance in its environments. In Chapter II traits at the genus level (from Chapter I) and the existing ones at the subfamily level (tribe at most; Tachet et al. 2010) are compared. This comparison showed that there are significant differences in trait information gathered at different taxonomic levels, thus questioning the use of the Chironomidae subfamily level in ecological, functional and biomonitoring studies. Subfamilies are very heterogeneous in terms of traits, exposing the evolutionary divergence in each subfamily. The distances between subfamilies given by their traits are also not in agreement with the most accepted phylogenetic subfamily relatedness, indicating a divergence from the traits of a common ancestry. In Chapter III Chironomidae taxonomic composition at the genus level, unlike the subfamily level, allowed the segregation of different stream types: permanent medium elevation, permanent lowland, and south temporary. Different Chironomidae assemblages manifest different trait composition for Eltonian traits (emergence season, maximal body size, overwinter diapause stage, substrate relation), but also morphological traits (body setae, mentum, Lauterborn organs, premandible brush, claws of anterior parapods). Morphological traits seem interesting tools that would avoid the laborious identification of genus that rely on multiple minute structures, enabling the trait assessment through the observation of few Chironomidae structures. In Chapter IV it is tested whether using Chironomidae taxonomic and trait compositions allow the segregation of disturbed sites under multiple anthropogenic stressors (subjected to hydromorphological and physicochemical alterations) from least-disturbed sites in Mediterranean temporary streams. Traits were analysed individually and also grouped into life-history strategies. Both methods enabled a significant segregation between disturbed and least-disturbed sites. Individual traits that were significantly different between sites were also those that are evolutionarily interrelated and used to define Chironomidae life-history trait strategies. Finally, in Chapter V, North American and European Chironomide traits (Eltonian and Grinnellian) are compared considering some common genus and species. There is some intraspecific trait variability that can result from divergence or trait plasticity. This finding questions the generalized use of large databases irrespective of the region for which they were developed but reveals also the need for a standardized procedure in the collection of relevant traits, able to manifest trait variability. In conclusion, in this study the first comprehensive European Chironomidae trait database at genus level was developed and tested, which can be hereafter used in ecological studies. Chironomidae are promising bioindicators that should be considered in bioassessment of streams, especially where they are among the dominant taxa.
Os Chironomidae (Diptera) apresentam uma distribuição mundial, sendo encontrados numa enorme diversidade de habitats. Suas larvas prosperam em praticamente todos os habitats de água doce, representando em termos de abundância e riqueza um importante componente dos macroinvertebrados. Porém, na maioria dos ambientes a família está muito pouco estudada sendo, frequentemente, negligenciada em estudos de comunidade, devido às dificuldades inerentes à identificação das suas larvas. Isto compromete também o reconhecimento e uso dos seus atributos (‘traits’) biológicos, fisiológicos e ecológicos, em análises de múltiplos atributos, cada vez mais utilizados como forma de avaliar indirectamente a integridade funcional dos ecossistemas. Este trabalho teve como objectivo preencher esta lacuna: (1) construindo uma base de dados de atributos para os Chironomidae Europeus ao nível do género (Capítulo I); (2) avaliando se existem diferenças nos atributos quando reunidos a diferentes níveis taxonómicos (Capítulo II); (3) testando a relevância dos atributos dos Chironomidae na avaliação biológica, pela capacidade de discriminar rios naturalmente diferentes e na segregação de locais afetados por diferentes níveis de perturbação (Capítulo III e IV); (4) testando a existência de variabilidade de atributos entre Europa e a América do Norte comparando os atributos de géneros e espécies de distribuição Holártica (Capítulo V). No Capítulo I, é descrita a metodologia seguida para a construção da base de dados de atributos dos Chironomidae ao nível do género. A base de dados foi desenvolvida reunindo informação de literatura para 178 géneros baseada em 744 espécies, considerando 186 categorias de 37 atributos, distribuídos por dois domínios: o ‘Eltonian’, relacionado com a função dos organismos e sua influência nos seus ambientes; e o ‘Grinnellian’, associado aos requisitos ambientais dos organismos. No Capítulo II, os atributos dos Chironomídeos Europeus reunidos ao nível do género (Capítulo I) são comparados com os existentes para o nível da subfamília/tribo de uma base de dados de uso comum. Ocorreram diferenças significativas entre os atributos reunidos a diferentes níveis taxonómicos, questionando o uso dos Chionomídeos ao nível da subfamília em estudos ecológicos e na biomonitorização. As subfamílias revelaram heterogeneidade nos atributos dos seus taxa, expondo a divergência evolutiva dentro de cada subfamília. Porém, a distância entre as subfamílias reflectida pelos atributos dos seus taxa não espelhou os padrões filogenéticos mais aceites dentro dos Chironomidae. No Capítulo III, a composição taxonómica dos Chironomidae ao nível do género, ao contrário do nível da subfamília, permitiu a segregação de rios Portugueses com diferentes tipologias: permanentes de elevação média e de planície do Centro e Norte, e temporários do Sul. A composição em atributos dos Chironomidae característica de cada tipo também se revelou diferente. Os tipos de rio foram separados por atributos ‘Eltonian’ (e.g., estação de emergência, tamanho máximo do corpo, relação para com o substrato); e por atributos morfológicos (e.g., sedas no corpo, mento, órgão de Lauterborn). Os atributos morfológicos prometem ser boas ferramentas para contornar problemas associados à identificação laboriosa dos géneros, que requer a observação de inúmeras estruturas minutas, permitindo a avaliação das condições ambientais pela observação de um número reduzido de estruturas. No Capítulo IV, tanto a composição taxonómica como a de atributos dos Chironomidae permitiram a segregação de locais perturbados sob a influência de várias pressões (alterações hidromorfológicas e físico-químicas) de locais menos perturbados em rios Mediterrânicos temporários. Os atributos dos Chironomidae foram analisados individualmente como unidades independentes mas também combinados em estratégias de vida. As duas abordagens permitiram a discriminação significativa dos locais, atendendo ao seu nível de perturbação. Os atributos individuais que se revelaram importantes na segregação foram os que se encontram combinados nas estratégias consideradas. Finalmente, no Capítulo V, compararam-se os atributos, tanto ‘Eltonianos’ como ‘Grinnellianos’ de alguns géneros e espécies comuns aos continentes Norte Americano e Europeu. Foi revelada a existência de variabilidade nos atributos entre os continentes, que pode ser resultados de plasticidade ou divergência dos atributos. Estes resultados colocam em causa a utilização de uma base de dados para regiões diferentes daquela para a qual foi desenvolvida, revelando também a necessidade de estandardizar procedimentos para a elaboração das bases de atributos. Neste estudo foi desenvolvida e testada a primeira base de dados de atributos dos géneros de Chironomidae Europeus, que poderá ser usada em estudos ecológicos. Os Chironomidae devem ser bioindicadores considerados na avaliação da qualidade dos rios, especialmente onde constituem os insetos dominantes.
Description: Tese de doutoramento em Biociências, na especialidade de Ecologia de Bacias Hidrográficas, apresentada ao Departamento de Ciências da Vida da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra
URI: http://hdl.handle.net/10316/31961
Rights: embargoedAccess
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