Ecological and Evolutionary Drivers of Fish Community Diversity in Lake Tanganyika

Abstract

Understanding how ecology and evolution interact resulting in the accumulation of biodiversity is an emerging frontier of integrative research. The accumulation of biodiversity has two controls: origination and persistence of species. The main focus of the literature on the origin of species is the processes that gives rise to new lineages, and relatively less focus is given to lineage persistence. Still, the initial process of population splitting required for species origination may fail to produce new diversity if the newly formed lineages do not persist or go extinct. Instances of ecological and phenotypic diversification within a rapidly multiplying lineage, known as adaptive radiations, represent ideal systems to study both origination and persistence controls on the accumulation of biodiversity. The African Great Lakes harbor unparalleled examples of adaptive radiation. Amongst these, Lake Tanganyika is home to more than 200 endemic cichlid fish species resulting in complex, cichlid-dominated littoral food webs. Here, I present four studies combining population genomic technologies, biodiversity surveys, behavioral assays, and natural history observations of Lake Tanganyikan cichlid fishes. The goal of this integrative work is to provide a unique glimpse into origination and persistence processes driving the exceptional biodiversity accumulation observed within an adaptive radiation. In Chapter One, I examined predictors of population genomic differentiation and its implications for lineage diversification. In Chapter Two and Chapter Three I scrutinize ecological and behavioral drivers of community diversity persistence. Finally, in Chapter Four, I revisit conceptual frameworks on foraging trade-offs mediating the evolution of specialized feeding strategies.

Alternate abstract:

Comprendre comment l'écologie et l'évolution interagissent entraînant l'accumulation de biodiversité est une nouvelle frontière de la recherche intégrative. L'accumulation de biodiversité a deux contrôles : l'origine et la persistance des espèces. L'accent principal de la littérature sur l'origine des espèces est les processus qui donnent naissance à de nouvelles lignées, et relativement moins d'attention est accordée à la persistance de lignées. Pourtant, le processus initial de division de la population requis pour l'origine des espèces peut ne pas produire une nouvelle diversité si les lignées nouvellement formées ne persistent pas ou cessent d'exister. Les exemples de diversification écologique et phénotypique au sein d'une lignée à multiplication rapide, connus sous le nom de radiations adaptatives, représentent des systèmes idéaux pour étudier à la fois les contrôles d'origine et de persistance sur l'accumulation de biodiversité. Les Grands Lacs africains abritent des exemples sans précédent de radiation adaptative. Parmi ceux-ci, le lac Tanganyika abrite plus de 200 espèces de cichlidés endémiques résultant en des réseaux trophiques littoraux complexes dominés par les cichlidés. Ici, je présente quatre études combinant des technologies de génomique des populations, des enquêtes sur la biodiversité, des tests comportementaux et des observations d'histoire naturelle des cichlidés du lac Tanganyika. L'objectif de ce travail intégratif est de fournir un aperçu unique des processus d'origine et de persistance à l'origine de l'accumulation exceptionnelle de biodiversité observée au sein d'une radiation adaptative. Dans le premier chapitre, j'ai examiné les prédicteurs de la différenciation génomique des populations et ses implications pour la diversification des lignées. Dans les chapitres deux et trois, j'examine les moteurs écologiques et comportementaux de la persistance de la diversité communautaire. Enfin, dans le chapitre quatre, je revisite les cadres conceptuels sur les compromis dans l'utilization de resources en tant que médiateurs de l'évolution de stratégies trophiques spécialisées.