The role of expansion dynamics in shaping genetic diversity and load accumulation: insights from two Lessepsian invaders

The exponential increase in biological invasions worldwide, driven by globalisation and climate change is listed among the five biggest threats to the Earth's biodiversity. This trend poses a significant threat to the conservation of endangered species and ecosystems worldwide. The Mediterranean Sea emerges as notably affected by this phenomenon. Since the opening of the Suez Canal, a considerable amount of alien species have been entering the Mediterranean from the Red Sea, and their spread has been favoured by the consequences of climate change. Focusing on two successful Lessepsian fish invaders: Siganus rivulatus, a long-standing invader and Pterois miles a newly established invader, we aim to investigate the trends of different types of genetic diversity during the colonisation of the Mediterranean Sea. Our first objective is to investigate how the different timing and speed of invasion have shaped genetic diversity distribution and genetic load accumulation in these two invasive species. Lastly, considering different possible climate change scenarios, we aim to develop reliable predictive models to infer the possible future trajectories of these invasions, taking into account how non-neutral diversity may influence the invasive potential of these species. Our results reveal a dramatic decline in genetic diversity moving from the source population to the northern bound of the invasive range, with the Mediterranean population representing just a small portion of the total diversity present in the Red Sea, suggesting that the colonisation of the Mediterranean is attributable to a single and rapid invasive event. The genetic load trends show a clear purging event at the time of the entry of these species into the Mediterranean, which seems to have allowed the two invaders to expand without paying the consequences of the accumulation of deleterious mutations.

L'aumento esponenziale delle invasioni biologiche in tutto il mondo, guidato dalla globalizzazione e dai cambiamenti climatici, è annoverato tra le cinque maggiori minacce alla biodiversità della Terra. Questa tendenza rappresenta una minaccia significativa per la conservazione delle specie e degli ecosistemi in pericolo in tutto il mondo. Il Mar Mediterraneo emerge come particolarmente colpito da questo fenomeno. Dall'apertura del Canale di Suez, una quantità considerevole di specie aliene è entrata nel Mediterraneo dal Mar Rosso e la loro diffusione è stata favorita dalle conseguenze del cambiamento climatico. L'attenzione si è concentrata su due pesci Lessepsiani considerati invasori di successo: Siganus rivulatus, un invasore precoce, e Pterois miles, un invasore di recente introduzione. In questo studio ci proponiamo l’obiettivo di indagare le tendenze di diversi tipi di diversità genetica durante la colonizzazione del Mar Mediterraneo. Il nostro primo obiettivo è indagare come i diversi tempi e la velocità di invasione abbiano modellato la distribuzione della diversità genetica e l'accumulo di carico genetico in queste due specie invasive. Infine, considerando diversi possibili scenari di cambiamento climatico, ci proponiamo di sviluppare modelli predittivi affidabili per dedurre le possibili traiettorie future di queste invasioni, tenendo conto di come la diversità non neutrale possa influenzare il potenziale invasivo di queste specie. I risultati rivelano un drastico declino della diversità genetica passando dalla popolazione di origine al limite settentrionale dell'areale invasivo, con la popolazione mediterranea che rappresenta solo una piccola parte della diversità totale presente nel Mar Rosso, suggerendo che la colonizzazione del Mediterraneo è attribuibile a un singolo e rapido evento invasivo. L'andamento del carico genetico mostra un chiaro evento di purging al momento dell'ingresso di queste specie nel Mediterraneo, che sembrerebbe aver permesso ai due invasori di espandersi senza pagare le conseguenze dell'accumulo di mutazioni deleterie.