Morphological and molecular diversity of freshwater mussels (Unionida) present in Costa Rica

Abstract

Freshwater mussels of the order Unionida represent one of the most threatened groups worldwide; nevertheless, their diversity, ecology, and evolutionary and biogeographic history in Central America have remained poorly studied. This thesis constitutes the first comprehensive effort that integrates molecular, biogeographic, morphological, and ecological evidence to understand the origin, diversification, distribution, and conservation status of freshwater mussels in Costa Rica. To achieve this, phylogenetic relationships and divergence times were reconstructed for different populations and species of the families Unionidae and Mycetopodidae from Mexico, Guatemala, El Salvador, Costa Rica, and Panama, based on concatenated analyses of mitochondrial markers (cox1, nad1, 16S). The results highlight that several traditionally recognized genera are not monophyletic, including Anodontites and Nephronaias, revealing marked morphological plasticity. Divergent lineages likely representing undescribed species (Anodontites cf. trapesialis and Mycetopoda sp.) were identified, we obtained six different clades for Costa Rica, and multiple colonization events from South and North America into Central America were recovered. These events are associated with the progressive closure of ancient marine corridors (the Nicaraguan Seaway and the Isthmus of Panama) from the Miocene to the Pleistocene. This biogeographic history suggests that several populations represent isolated relics resulting from watershed reorganizations, orogenic uplifts, and hydrographic barriers. Regarding the systematics of Costa Rican freshwater mussels, information on distribution, relative abundance, and species composition was compiled across river basins. Six native species and one invasive species were identified, some of which have very restricted distributions and low abundances. Native mussel records do not exceed 100 m in elevation, and the presence of soft substrate banks such as mud and clay in low-flow environments favors species such as Anodontites cf. trapesialis and Mycetopoda sp., while rocky substrates with more dynamic flow favor Arotonaias cyrenoides. Species such as Anodontites cf. tortilis, Nephronaias tempisquensis, and Barynaias caldwelli appear to be more generalist. Host information is currently known only for N. tempisquensis. The invasive species Sinanodonta pacifica has expanded across river basins in the northern and southern Pacific regions of the country, where it can reach abundances that exceed those of native species. This situation, combined with river degradation caused by sand extraction, dam construction, flow diversion, and agricultural contamination, places several native populations at critical risk. Overall, this work provides the first solid foundation for the taxonomic, phylogeographic, ecological, and conservation assessment of Unionida in Costa Rica and Central America. The results underscore the urgent need for studies on genetic connectivity, host specifity, invasive species management, and the preservation of hydrological continuity to ensure the persistence of these unique evolutionary lineages.Las almejas de agua dulce del orden Unionida representan uno de los grupos más amenazados a nivel mundial, a pesar de ello, su diversidad, ecología, historia evolutiva y biogeográfica en Centroamérica ha permanecido escasamente estudiada. Esta tesis constituye el primer esfuerzo integral que combina evidencia molecular, biogeográfica, morfológica y ecológica para comprender el origen, diversificación, distribución y estado de las almejas de agua dulce en Costa Rica. Para ello, se reconstruyeron relaciones filogenéticas y estimaron tiempos de divergencia para distintas poblaciones y especies de la familia Unionidae y Mycetopodidae en México, Guatemala, El Salvador, Costa Rica y Panamá, mediante análisis concatenados de marcadores mitocondriales (cox1, nad1, 16S). Los resultados destacan que varios géneros tradicionalmente reconocidos no son monofiléticos, entre los que se encuentran Anodontites y Nephronaias, lo que evidencia una marcada plasticidad morfológica. Se identificaron linajes divergentes que probablemente los constituyen especies no descritas (Anodontites cf. trapesialis y Mycetopoda sp.), se obtuvieron seis clado distintos para Costa Rica y se recuperaron múltiples eventos de colización desde Sur y Norte América hacia Centroamérica, que se asocian con cierres progresivos de los antiguos corredores marinos (Seaway Nicaragüense y Canal de Panamá) desde el Mioceno hasta el Pleistoceno. Estos patrones sugieren que varias poblaciones representan relictos aislados producto de reorganizaciones de las cuencas, levantamientos orogénicos y barreras hidrográficas. Con respecto a la sistemática de las almejas de agua dulce de Costa Rica, se recopilo información de distribución, abundancia relativa y composición de especies en distintas cuencas. Para lo que, se identificaron seis especies nativas y una invasora, algunas con poblaciones muy restringidas y baja abundancia. Los registros de especies nativas no superan los 100 m de elevación y la presencia de bancos de sustratos blandos como fango y arcilla, y con poca corriente favorece a especies como Anodontites cf. trapesialis y Mycetopoda sp., mientras que sustratos rocosos y con corrientes más dinámicas Arotonaias cyrenoides. Especies como Anodontites cf. tortilis y Nephronaias tempisquensis y Barynaias caldwelli son más generalistas. Únicamente se conoce información de hospederos de N. tempisquensis. La especie invasora Sinanodonta pacifica se ha extendido por las cuencas del Pacífico Norte y Sur del país, donde en ciertos casos alcanza abundancias superiores a las nativas. Esta situación, combinada con la degradación de ríos por extracción de arena, construcción de represas, desvíos de caudal y contaminación agrícola, coloca a varias poblaciones nativas en riesgo crítico. Como un todo, este trabajo establece la primera base sólida para la evaluación taxonómica, filogeográfica, ecológica y de conservación de los Unionida en Costa Rica y Centroamérica. Los resultados destacan la necesidad urgente de estudios de conectividad genética, determinación de hospederos, manejo de especies invasoras y preservación de la continuidad hidrológica para garantizar la persistencia de estas líneas evolutivas únicas.