UC Santa Cruz

Climate change poses an existential threat to tropical corals, but corals vary in their thermal tolerance at multiple spatial scales. Here, I evaluate the spatial scales at which corals show potential and evidence for local temperature adaptation.In Chapter 1, I evaluate the scale at which microclimates are detectable by comparing remotely sensed sea surface temperatures to data from in situ temperature loggers on reefs worldwide. I found that the remote dataset constitutes a good proxy for maximum monthly mean temperatures, but missed sub-daily variation as well as peak temperatures in the hottest microclimates. In Chapter 2, I used Acropora tenuis samples from the Philippines to evaluate isolation by distance patterns in both coral hosts and their algal symbionts. I found four near-panmictic taxa within our Acropora cf. tenuis samples, consistent with long (20km+) larval dispersal distances, but significant spatial structuring in their symbiotic algae. In Chapter 3, I looked for genetic variants correlated with temperature at both broad and fine spatial scales in samples of Acropora. aff. divaricata in Mozambique. I found two lineages, one of which was only collected in the hottest microclimate. These lineages differentiated most strongly at HES-1 locus, a genomic area described in Acropora cf. hyacinthus in American Samoa and putatively related to heat tolerance. I found strong genetic similarity at the HES-1 locus between lineages of Acropora aff. divaricata and Acropora cf. hyacinthus collected in hot microclimates, consistent with incomplete lineage sorting or introgression.Chapters 1 and 2 suggest that a mismatch between the broad scale at which Acropora disperse and show genetic variation, and the fine scales at which microclimates occur, may limit local adaptation. However, chapters 2 and 3 show mechanisms by which this difficulty may be overcome. These mechanisms include local adaptation by algal symbionts, as well as speciation and reproductive isolation between closely related Acropora lineages. The latter process may permit local adaptation by preventing gene swamping between lineages adapted to different microclimates. Chapter 3 also reveals a potentially adaptive allele shared across Acropora lineages, revealing another role that evolutionary processes play in coral responses to climate change. A mudança climática representa uma ameaça existencial para os corais tropicais, mas os corais variam na sua tolerância térmica em múltiplas escalas espaciais. Aqui, eu avalio as escalas espaciais em que os corais mostram potencial e evidências de adaptação às temperaturas locais. No Capítulo 1, eu avalio a escala em que os microclimas são detetáveis, comparando as temperaturas da superfície do mar obtidas por deteção remota com os dados dos registadores de temperatura in situ em recifes mundiais. Verifiquei que os dados remotos usados aqui constituírem um bom indicador das temperaturas médias mensais máximas, mas não capturaram a variação sub-diária, bem como as temperaturas máximas nos microclimas mais quentes. No Capítulo 2, utilizei amostras de Acropora cf. tenuis das Filipinas para avaliar os padrões de isolamento por distância tanto nos corais hospedeiros como nas suas algas simbiontes. Encontrei quatro táxons quase panmíticos nas nossas amostras de Acropora cf. tenuis, consistentes com longas distâncias de dispersão larval (20 km+), mas com uma estruturação espacial significativa nas suas algas simbióticas. No Capítulo 3, procurei variantes genéticas correlacionadas com a temperatura em escalas espaciais amplas e finas usando amostras de Acropora aff. divaricata de Moçambique. Encontrei duas linhagens, uma das quais foi recolhida apenas no microclima mais quente. Estas linhagens diferenciaram-se mais fortemente no locus HES-1, uma área genómica descrita em Acropora cf. hyacinthus na Samoa Americana e presumivelmente relacionada com a tolerância ao calor. Encontrei uma forte semelhança genética no locus HES-1 entre linhagens de Acropora aff. divaricata e Acropora cf. hyacinthus recolhidos em microclimas quentes, consistente com classificação incompleta de estirpes ou introgressão. Os Capítulos 1 e 2 sugerem que uma incompatibilidade entre a escala ampla em que Acropora se dispersa e apresenta variação genética e as escalas finas em que os microclimas ocorrem pode limitar a adaptação local. No entanto, os Capítulos 2 e 3 mostram mecanismos através dos quais esta dificuldade pode ser ultrapassada. Estes mecanismos incluem a adaptação local por simbiontes de algas, bem como a especiação e o isolamento reprodutivo entre linhagens de Acropora pouco divergentes. Este último processo pode permitir a adaptação local, prevenindo a troca de genes entre táxons adaptados a diferentes microclimas. O Capítulo 3 revela também um alelo potencialmente adaptativo partilhado entre as linhagens de Acropora, revelando um outro papel que os processos evolutivos desempenham nas respostas dos corais às alterações climáticas.