Species‐Specific Traits Shape Genetic Diversity During an Expansion–Contraction Cycle and Bias Demographic History Reconstruction

ABSTRACT Species ranges are dynamic, experiencing expansions, contractions or shifts in response to habitat changes driven by extrinsic factors such as climate change or human activities. While existing research examines the genetic consequences of spatial processes, few studies integrate species‐sp...

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Veröffentlicht in:Molecular ecology 2025-01, Vol.34 (1), p.e17597-n/a
Hauptverfasser: Vishwakarma, Ravi, Sgarlata, Gabriele Maria, Soriano‐Paños, David, Rasteiro, Rita, Maié, Tiago, Paixão, Tiago, Tournebize, Rémi, Chikhi, Lounès
Format: Artikel
Sprache:eng
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container_title Molecular ecology
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creator Vishwakarma, Ravi
Sgarlata, Gabriele Maria
Soriano‐Paños, David
Rasteiro, Rita
Maié, Tiago
Paixão, Tiago
Tournebize, Rémi
Chikhi, Lounès
description ABSTRACT Species ranges are dynamic, experiencing expansions, contractions or shifts in response to habitat changes driven by extrinsic factors such as climate change or human activities. While existing research examines the genetic consequences of spatial processes, few studies integrate species‐specific traits to analyse how habitat changes affect co‐existing species. In this study, we address this gap by investigating how genetic diversity patterns vary among species with different traits (such as generation length, population density and dispersal) experiencing similar habitat changes. Using spatial simulations and a simpler panmictic population model, we investigate the temporal genetic diversity in refugium populations undergoing range expansion of their habitat, followed by stationary and contraction periods. By varying habitat contraction speed and species traits, we identified three distinct temporal dynamics of genetic diversity during contraction: (i) a decrease in genetic diversity, (ii) an initial increase followed by a decrease and (iii) a continuous increase throughout the contraction period. We show that genetic diversity trajectories during population decline can be predicted by comparing sampled population diversity to equilibrium values expected under expanded and contracted habitat ranges. Our study also challenges the belief that high genetic diversity in a refugium population is due to a recent and rapid habitat loss. Instead, we found contrasting effects of contraction speed on genetic diversity depending on the interaction between species‐specific traits and the dynamics of habitat change. Finally, using simulated genetic data, we found that demographic histories inferred from effective population size estimates may vary across species, even when they experience similar habitat changes. प्रजाति यों की पर्या वास गति शील हैं, जो जलवायु परि वर्तन या मानवीय गति वि धि यों जैसे बाहरी कारकों से प्रेरि त परि वर्तनों के कारण वि स्तार, संकुचन या बदलाव का अनुभव कर रही हैं। हालांकि मौजूदा शोध स्थानि क प्रक्रि याओंके आनुवंशि क प्रभावों की जांच करतेहैं, लेकि न केवल कुछ अध्ययनों मेंयह वि श्लेषण कि या गया है कि नि वास स्थान परि वर्तन वि भि न्न प्रजाति यों के लक्षणों के साथ सह‐मौजूदा प्रजाति यों को कैसेप्रभावि त करते हैं। इस अध्ययन में हम यह जांच करते हैं कि समान नि वास स्थान परि वर्तन का अनुभव करनेवाले वि भि न्न लक्षणों वाली प्रजाति यों (जैसे पीढ़ी की लंबाई, जनसंख्या घनत्व और प्रव्रजन) के बीच आनुवंशि क वि वि धता प्रति मान कैसे भि न्न होते हैं। स्था
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While existing research examines the genetic consequences of spatial processes, few studies integrate species‐specific traits to analyse how habitat changes affect co‐existing species. In this study, we address this gap by investigating how genetic diversity patterns vary among species with different traits (such as generation length, population density and dispersal) experiencing similar habitat changes. Using spatial simulations and a simpler panmictic population model, we investigate the temporal genetic diversity in refugium populations undergoing range expansion of their habitat, followed by stationary and contraction periods. By varying habitat contraction speed and species traits, we identified three distinct temporal dynamics of genetic diversity during contraction: (i) a decrease in genetic diversity, (ii) an initial increase followed by a decrease and (iii) a continuous increase throughout the contraction period. We show that genetic diversity trajectories during population decline can be predicted by comparing sampled population diversity to equilibrium values expected under expanded and contracted habitat ranges. Our study also challenges the belief that high genetic diversity in a refugium population is due to a recent and rapid habitat loss. Instead, we found contrasting effects of contraction speed on genetic diversity depending on the interaction between species‐specific traits and the dynamics of habitat change. Finally, using simulated genetic data, we found that demographic histories inferred from effective population size estimates may vary across species, even when they experience similar habitat changes. प्रजाति यों की पर्या वास गति शील हैं, जो जलवायु परि वर्तन या मानवीय गति वि धि यों जैसे बाहरी कारकों से प्रेरि त परि वर्तनों के कारण वि स्तार, संकुचन या बदलाव का अनुभव कर रही हैं। हालांकि मौजूदा शोध स्थानि क प्रक्रि याओंके आनुवंशि क प्रभावों की जांच करतेहैं, लेकि न केवल कुछ अध्ययनों मेंयह वि श्लेषण कि या गया है कि नि वास स्थान परि वर्तन वि भि न्न प्रजाति यों के लक्षणों के साथ सह‐मौजूदा प्रजाति यों को कैसेप्रभावि त करते हैं। इस अध्ययन में हम यह जांच करते हैं कि समान नि वास स्थान परि वर्तन का अनुभव करनेवाले वि भि न्न लक्षणों वाली प्रजाति यों (जैसे पीढ़ी की लंबाई, जनसंख्या घनत्व और प्रव्रजन) के बीच आनुवंशि क वि वि धता प्रति मान कैसे भि न्न होते हैं। स्थानि क सि मुलेशन और एक सरल सार्वमि श्रि त समष्टि मॉडल का उपयोग करके, हम सीमा वि स्तार और संकुचन सेगुजरनेवाली रि फ्यूजि यम आबादी मेंअस्थायी आनुवंशि क वि वि धता की जांच करतेहैं। संकुचन की गति और प्रजाति यों के लक्षणों को बदल कर, हमनेजनसंख्या संकुचन के दौरान आनुवंशि क वि वि धता की तीन अलग‐अलग अस्थायी प्रक्षेपपथ की पहचान की: i) आनुवंशि क वि वि धता मेंकमी, ii) प्रारंभि क वृद्धि के बाद कमी, और iii) पूरेसंकुचन के दौरान नि रंतर वृद्धि । हम दि खाते हैंकि जनसंख्या मेंगि रावट के दौरान आनुवंशि क वि वि धता प्रक्षेपवक्र का अनुमान वि स्तारि त और अनुबंधि त आवास सीमाओं के तहत अपेक्षि त संतुलन मूल्यों के साथ जनसंख्या वि वि धता की तुलना करके लगाया जा सकता है। हमारा अध्ययन इस व्यापक धारणा को भी चुनौती देता है कि रि फ्यूजि यम आबादी में उच्च आनुवंशि क वि वि धता हाल ही में और तेजी से नि वास स्थान के नुकसान के कारण है। बजाय इसके, हमने आनुवंशि क वि वि धता पर संकुचन गति के दो वि परीत प्रभाव पाए जो प्रजाति यों‐वि शि ष्ट लक्षणों और गति शीलता नि वास परि वर्तन के बीच अन्योन्यक्रि या पर नि र्भर करतेहैं। अंत में, सि म्युलेटेड आनुवंशि क डाटा का उपयोग करते हुए, हमनेपाया कि प्रभावी जनसंख्या अनुमानों सेनि काला गया जनसांख्यि कीय इति हास वि भि न्न प्रजाति यों मेंभि न्न हो सकता है, तब भी जब वेसमान नि वास स्थान परि वर्तन का अनुभव करतेहैं।</description><identifier>ISSN: 0962-1083</identifier><identifier>ISSN: 1365-294X</identifier><identifier>EISSN: 1365-294X</identifier><identifier>DOI: 10.1111/mec.17597</identifier><identifier>PMID: 39663680</identifier><language>eng</language><publisher>England: Blackwell Publishing Ltd</publisher><subject>Animals ; Climate Change ; Contraction ; demographic history ; Demographics ; Demography ; dispersal ; Ecosystem ; Genetic analysis ; Genetic diversity ; Genetic Variation ; Genetics, Population ; glacial cycle ; Habitat changes ; Habitat loss ; Habitats ; life‐history traits ; Models, Genetic ; Population decline ; Population Density ; Population Dynamics ; Population genetics ; Population number ; Population studies ; Range extension ; Refugium ; spatial processes ; Species ; Species diversity ; Species Specificity</subject><ispartof>Molecular ecology, 2025-01, Vol.34 (1), p.e17597-n/a</ispartof><rights>2024 John Wiley &amp; Sons Ltd.</rights><rights>Copyright © 2025 John Wiley &amp; Sons Ltd.</rights><lds50>peer_reviewed</lds50><woscitedreferencessubscribed>false</woscitedreferencessubscribed><orcidid>0000-0002-1140-0718 ; 0000-0002-4217-3060 ; 0000-0002-4147-8268 ; 0000-0002-6388-4056 ; 0000-0003-2361-3953 ; 0000-0003-0247-6400 ; 0000-0002-4115-6453 ; 0000-0003-4857-4014</orcidid></display><links><openurl>$$Topenurl_article</openurl><openurlfulltext>$$Topenurlfull_article</openurlfulltext><thumbnail>$$Tsyndetics_thumb_exl</thumbnail><linktopdf>$$Uhttps://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1111%2Fmec.17597$$EPDF$$P50$$Gwiley$$H</linktopdf><linktohtml>$$Uhttps://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111%2Fmec.17597$$EHTML$$P50$$Gwiley$$H</linktohtml><link.rule.ids>314,780,784,1417,27924,27925,45574,45575</link.rule.ids><backlink>$$Uhttps://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/39663680$$D View this record in MEDLINE/PubMed$$Hfree_for_read</backlink></links><search><creatorcontrib>Vishwakarma, Ravi</creatorcontrib><creatorcontrib>Sgarlata, Gabriele Maria</creatorcontrib><creatorcontrib>Soriano‐Paños, David</creatorcontrib><creatorcontrib>Rasteiro, Rita</creatorcontrib><creatorcontrib>Maié, Tiago</creatorcontrib><creatorcontrib>Paixão, Tiago</creatorcontrib><creatorcontrib>Tournebize, Rémi</creatorcontrib><creatorcontrib>Chikhi, Lounès</creatorcontrib><title>Species‐Specific Traits Shape Genetic Diversity During an Expansion–Contraction Cycle and Bias Demographic History Reconstruction</title><title>Molecular ecology</title><addtitle>Mol Ecol</addtitle><description>ABSTRACT Species ranges are dynamic, experiencing expansions, contractions or shifts in response to habitat changes driven by extrinsic factors such as climate change or human activities. While existing research examines the genetic consequences of spatial processes, few studies integrate species‐specific traits to analyse how habitat changes affect co‐existing species. In this study, we address this gap by investigating how genetic diversity patterns vary among species with different traits (such as generation length, population density and dispersal) experiencing similar habitat changes. Using spatial simulations and a simpler panmictic population model, we investigate the temporal genetic diversity in refugium populations undergoing range expansion of their habitat, followed by stationary and contraction periods. By varying habitat contraction speed and species traits, we identified three distinct temporal dynamics of genetic diversity during contraction: (i) a decrease in genetic diversity, (ii) an initial increase followed by a decrease and (iii) a continuous increase throughout the contraction period. We show that genetic diversity trajectories during population decline can be predicted by comparing sampled population diversity to equilibrium values expected under expanded and contracted habitat ranges. Our study also challenges the belief that high genetic diversity in a refugium population is due to a recent and rapid habitat loss. Instead, we found contrasting effects of contraction speed on genetic diversity depending on the interaction between species‐specific traits and the dynamics of habitat change. Finally, using simulated genetic data, we found that demographic histories inferred from effective population size estimates may vary across species, even when they experience similar habitat changes. प्रजाति यों की पर्या वास गति शील हैं, जो जलवायु परि वर्तन या मानवीय गति वि धि यों जैसे बाहरी कारकों से प्रेरि त परि वर्तनों के कारण वि स्तार, संकुचन या बदलाव का अनुभव कर रही हैं। हालांकि मौजूदा शोध स्थानि क प्रक्रि याओंके आनुवंशि क प्रभावों की जांच करतेहैं, लेकि न केवल कुछ अध्ययनों मेंयह वि श्लेषण कि या गया है कि नि वास स्थान परि वर्तन वि भि न्न प्रजाति यों के लक्षणों के साथ सह‐मौजूदा प्रजाति यों को कैसेप्रभावि त करते हैं। इस अध्ययन में हम यह जांच करते हैं कि समान नि वास स्थान परि वर्तन का अनुभव करनेवाले वि भि न्न लक्षणों वाली प्रजाति यों (जैसे पीढ़ी की लंबाई, जनसंख्या घनत्व और प्रव्रजन) के बीच आनुवंशि क वि वि धता प्रति मान कैसे भि न्न होते हैं। स्थानि क सि मुलेशन और एक सरल सार्वमि श्रि त समष्टि मॉडल का उपयोग करके, हम सीमा वि स्तार और संकुचन सेगुजरनेवाली रि फ्यूजि यम आबादी मेंअस्थायी आनुवंशि क वि वि धता की जांच करतेहैं। संकुचन की गति और प्रजाति यों के लक्षणों को बदल कर, हमनेजनसंख्या संकुचन के दौरान आनुवंशि क वि वि धता की तीन अलग‐अलग अस्थायी प्रक्षेपपथ की पहचान की: i) आनुवंशि क वि वि धता मेंकमी, ii) प्रारंभि क वृद्धि के बाद कमी, और iii) पूरेसंकुचन के दौरान नि रंतर वृद्धि । हम दि खाते हैंकि जनसंख्या मेंगि रावट के दौरान आनुवंशि क वि वि धता प्रक्षेपवक्र का अनुमान वि स्तारि त और अनुबंधि त आवास सीमाओं के तहत अपेक्षि त संतुलन मूल्यों के साथ जनसंख्या वि वि धता की तुलना करके लगाया जा सकता है। हमारा अध्ययन इस व्यापक धारणा को भी चुनौती देता है कि रि फ्यूजि यम आबादी में उच्च आनुवंशि क वि वि धता हाल ही में और तेजी से नि वास स्थान के नुकसान के कारण है। बजाय इसके, हमने आनुवंशि क वि वि धता पर संकुचन गति के दो वि परीत प्रभाव पाए जो प्रजाति यों‐वि शि ष्ट लक्षणों और गति शीलता नि वास परि वर्तन के बीच अन्योन्यक्रि या पर नि र्भर करतेहैं। अंत में, सि म्युलेटेड आनुवंशि क डाटा का उपयोग करते हुए, हमनेपाया कि प्रभावी जनसंख्या अनुमानों सेनि काला गया जनसांख्यि कीय इति हास वि भि न्न प्रजाति यों 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While existing research examines the genetic consequences of spatial processes, few studies integrate species‐specific traits to analyse how habitat changes affect co‐existing species. In this study, we address this gap by investigating how genetic diversity patterns vary among species with different traits (such as generation length, population density and dispersal) experiencing similar habitat changes. Using spatial simulations and a simpler panmictic population model, we investigate the temporal genetic diversity in refugium populations undergoing range expansion of their habitat, followed by stationary and contraction periods. By varying habitat contraction speed and species traits, we identified three distinct temporal dynamics of genetic diversity during contraction: (i) a decrease in genetic diversity, (ii) an initial increase followed by a decrease and (iii) a continuous increase throughout the contraction period. We show that genetic diversity trajectories during population decline can be predicted by comparing sampled population diversity to equilibrium values expected under expanded and contracted habitat ranges. Our study also challenges the belief that high genetic diversity in a refugium population is due to a recent and rapid habitat loss. Instead, we found contrasting effects of contraction speed on genetic diversity depending on the interaction between species‐specific traits and the dynamics of habitat change. Finally, using simulated genetic data, we found that demographic histories inferred from effective population size estimates may vary across species, even when they experience similar habitat changes. प्रजाति यों की पर्या वास गति शील हैं, जो जलवायु परि वर्तन या मानवीय गति वि धि यों जैसे बाहरी कारकों से प्रेरि त परि वर्तनों के कारण वि स्तार, संकुचन या बदलाव का अनुभव कर रही हैं। हालांकि मौजूदा शोध स्थानि क प्रक्रि याओंके आनुवंशि क प्रभावों की जांच करतेहैं, लेकि न केवल कुछ अध्ययनों मेंयह वि श्लेषण कि या गया है कि नि वास स्थान परि वर्तन वि भि न्न प्रजाति यों के लक्षणों के साथ सह‐मौजूदा प्रजाति यों को कैसेप्रभावि त करते हैं। इस अध्ययन में हम यह जांच करते हैं कि समान नि वास स्थान परि वर्तन का अनुभव करनेवाले वि भि न्न लक्षणों वाली प्रजाति यों (जैसे पीढ़ी की लंबाई, जनसंख्या घनत्व और प्रव्रजन) के बीच आनुवंशि क वि वि धता प्रति मान कैसे भि न्न होते हैं। स्थानि क सि मुलेशन और एक सरल सार्वमि श्रि त समष्टि मॉडल का उपयोग करके, हम सीमा वि स्तार और संकुचन सेगुजरनेवाली रि फ्यूजि यम आबादी मेंअस्थायी आनुवंशि क वि वि धता की जांच करतेहैं। संकुचन की गति और प्रजाति यों के लक्षणों को बदल कर, हमनेजनसंख्या संकुचन के दौरान आनुवंशि क वि वि धता की तीन अलग‐अलग अस्थायी प्रक्षेपपथ की पहचान की: i) आनुवंशि क वि वि धता मेंकमी, ii) प्रारंभि क वृद्धि के बाद कमी, और iii) पूरेसंकुचन के दौरान नि रंतर वृद्धि । हम दि खाते हैंकि जनसंख्या मेंगि रावट के दौरान आनुवंशि क वि वि धता प्रक्षेपवक्र का अनुमान वि स्तारि त और अनुबंधि त आवास सीमाओं के तहत अपेक्षि त संतुलन मूल्यों के साथ जनसंख्या वि वि धता की तुलना करके लगाया जा सकता है। हमारा अध्ययन इस व्यापक धारणा को भी चुनौती देता है कि रि फ्यूजि यम आबादी में उच्च आनुवंशि क वि वि धता हाल ही में और तेजी से नि वास स्थान के नुकसान के कारण है। बजाय इसके, हमने आनुवंशि क वि वि धता पर संकुचन गति के दो वि परीत प्रभाव पाए जो प्रजाति यों‐वि शि ष्ट लक्षणों और गति शीलता नि वास परि वर्तन के बीच अन्योन्यक्रि या पर नि र्भर करतेहैं। अंत में, सि म्युलेटेड आनुवंशि क डाटा का उपयोग करते हुए, हमनेपाया कि प्रभावी जनसंख्या अनुमानों सेनि काला गया जनसांख्यि कीय इति हास वि भि न्न प्रजाति यों मेंभि न्न हो सकता है, तब भी जब वेसमान नि वास स्थान परि वर्तन का अनुभव करतेहैं।</abstract><cop>England</cop><pub>Blackwell Publishing Ltd</pub><pmid>39663680</pmid><doi>10.1111/mec.17597</doi><tpages>18</tpages><orcidid>https://orcid.org/0000-0002-1140-0718</orcidid><orcidid>https://orcid.org/0000-0002-4217-3060</orcidid><orcidid>https://orcid.org/0000-0002-4147-8268</orcidid><orcidid>https://orcid.org/0000-0002-6388-4056</orcidid><orcidid>https://orcid.org/0000-0003-2361-3953</orcidid><orcidid>https://orcid.org/0000-0003-0247-6400</orcidid><orcidid>https://orcid.org/0000-0002-4115-6453</orcidid><orcidid>https://orcid.org/0000-0003-4857-4014</orcidid></addata></record>
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identifier ISSN: 0962-1083
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source MEDLINE; Wiley Journals
subjects Animals
Climate Change
Contraction
demographic history
Demographics
Demography
dispersal
Ecosystem
Genetic analysis
Genetic diversity
Genetic Variation
Genetics, Population
glacial cycle
Habitat changes
Habitat loss
Habitats
life‐history traits
Models, Genetic
Population decline
Population Density
Population Dynamics
Population genetics
Population number
Population studies
Range extension
Refugium
spatial processes
Species
Species diversity
Species Specificity
title Species‐Specific Traits Shape Genetic Diversity During an Expansion–Contraction Cycle and Bias Demographic History Reconstruction
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