Evolutionary and Biogeographic history of the Carduus-Cirsium group in the Afromontane archipelago

Abstract

Aquesta tesi investiga les flores úniques de les muntanyes més altes de l'est d'Àfrica tropical, centrant-se en el grup Carduus-*Cirsium (subtribu Carduinae) per a comprendre les seves relacions evolutives i millorar la seva sistemàtica. Utilitzant l'enfocament Hyb-*Seq i analitzant més de 500 mostres de tots els gèneres Carduinae, identifiquem tres llinatges evolutius diferents entre les espècies africanes tradicionalment classificades com Carduus i Cirsium. Això va conduir a la proposta de tres nous gèneres: Afrocarduus, Afrocirsium i Nuriaea. Explorem més a fons la història biogeogràfica i la dinàmica de diversificació del grup Carduus-*Cirsium, centrant-nos en el gènere Cirsium. Se suggereix que el grup es va originar en el Miocè tardà en el Paleàrtic occidental, amb una important diversificació en el sud-oest d'Àsia i ràpides radiacions a Amèrica del Nord i el Japó durant el Plistocè, impulsades per processos d'especiació geogràfica i ecològica. Finalment, investiguem l'evolució i la història biogeogràfica del gènere Afrocarduus, endèmic de les regions afromontanas i afroalpinas. El gènere es va diversificar durant el Plistocè, influït per fluctuacions climàtiques i esdeveniments geològics, que van promoure la colonització i diversificació en les terres altes etíops i el Sistema del Rift de l'est d'Àfrica. L'estudi revela que els tractaments taxonòmics anteriors subestimaven la diversitat d'espècies dins de Afrocarduus. Reconeixem dotze espècies i descrivim una nova, Afrocarduus longispina. Finalment, subratllem la importància dels enfocaments integradors i d'un mostreig exhaustiu per a desentranyar la diversitat biològica de tàxons complexos.

Esta tesis investiga las floras únicas de las montañas más altas del este de África tropical, centrándose en el grupo Carduus-Cirsium (subtribu Carduinae) para comprender sus relaciones evolutivas y mejorar su sistemática. Utilizando el enfoque Hyb-Seq y analizando más de 500 muestras de todos los géneros Carduinae, identificamos tres linajes evolutivos distintos entre las especies africanas tradicionalmente clasificadas como Carduus y Cirsium. Esto condujo a la propuesta de tres nuevos géneros: Afrocarduus, Afrocirsium y Nuriaea. Exploramos más a fondo la historia biogeográfica y la dinámica de diversificación del grupo Carduus-Cirsium, centrándonos en el género Cirsium. Se sugiere que el grupo se originó en el Mioceno tardío en el Paleártico occidental, con una importante diversificación en el suroeste de Asia y rápidas radiaciones en Norteamérica y Japón durante el Pleistoceno, impulsadas por procesos de especiación geográfica y ecológica. Por último, investigamos la evolución y la historia biogeográfica del género Afrocarduus, endémico de las regiones afromontanas y afroalpinas. El género se diversificó durante el Pleistoceno, influido por fluctuaciones climáticas y acontecimientos geológicos, que promovieron la colonización y diversificación en las tierras altas etíopes y el Sistema del Rift del este de África. El estudio revela que los tratamientos taxonómicos anteriores subestimaban la diversidad de especies dentro de Afrocarduus. Reconocemos doce especies y describimos una nueva, Afrocarduus longispina. Por último, subrayamos la importancia de los enfoques integradores y de un muestreo exhaustivo para desentrañar la diversidad biológica de taxones complejos.

This thesis investigates the unique floras of the highest mountains in tropical eastern Africa, focusing on the Carduus-Cirsium group (subtribe Carduinae) to understand their evolutionary relationships and improve their systematics. Using the Hyb-Seq approach and analyzing more than 500 samples from all Carduinae genera, we identified three distinct evolutionary lineages among African species traditionally classified as Carduus and Cirsium. This led to the proposal of three new genera: Afrocarduus, Afrocirsium, and Nuriaea. We further explore the biogeographic history and diversification dynamics of the Carduus-Cirsium group, focusing on the genus Cirsium. The group is suggested to have originated in the Late Miocene in the Western Palearctic, with significant diversification occurring in Southwest Asia and rapid radiations in North America and Japan during the Pleistocene, driven by geographic and ecological speciation processes. Lastly, we investigated the evolution and biogeographic history of the Afrocarduus genus, endemic to the Afromontane and Afroalpine regions. The genus diversified during the Pleistocene, influenced by climate fluctuations and geological events, which promoted colonization and diversification in the Ethiopian Highlands and the East African Rift System. The study reveals that previous taxonomic treatments underestimated the species diversity within Afrocarduus. We recognize thirteen species and describe a new species, Afrocarduus longispina. Finally, we underscored the importance of integrative approaches and thorough sampling to unravel the biological diversity of complex taxa.