A Molecular Taxonomy of Cottus in western North America

Abstract

Abstract. The taxonomy of sculpins (Cottus, Cottidae) remains one of the last major unresolved puzzles in the systematics of North American freshwater fishes. We used molecular approaches to identify candidate taxa and their distribution across western North America. We crowd-sourced the collection of specimens (n = 8272) via outreach to biologists in the western United States and Canada. From that collection, we sequenced—at up to 2 mitochondrial and 2 nuclear genes—a subset (n = 4009) of specimens from most basins in the western United States, added sequences from public sequence databases, and applied an array of species delimitation and specimen identification methods to assess phylogenetic and spatial patterns of diversity. Species delimitation methods, primarily relying on a conservative interpretation of the phylogenetic species concept, were broadly concordant and indicated that 43 candidate species were present. Some named taxa were unsupported, whereas others, if recognized, would violate the phylogenetic species concept. Specimen assignment was largely unambiguous and geographic distributions were consistent with phylogeographic patterns in other taxa. Our work establishes a benchmark for understanding the diversity of sculpin in western North America and suggests new species hypotheses both there and in eastern North America. Resumen. La taxonomía de los sculpins (Cottus, Cottidae) sigue siendo uno de los últimos grandes rompecabezas sin resolver en la sistemática de los peces de agua dulce de Norteamérica. Utilizamos métodos moleculares para identificar los taxones candidatos y su distribución en el oeste de Norteamérica. Recolectamos especímenes (n = 8272) a través de una campaña de divulgación entre biólogos del oeste de Estados Unidos y Canadá. A partir de esa colección, secuenciamos hasta 2 genes mitocondriales y 2 nucleares de un subconjunto (n = 4009) de especímenes, pertenecientes a la mayoría de las cuencas del oeste de Estados Unidos. Adicionalmente, añadimos secuencias de bases de datos de secuencias públicas y aplicamos una serie de métodos de delimitación de especies e identificación de especímenes para evaluar los patrones filogenéticos y espaciales de diversidad. Los métodos de delimitación de especies basados principalmente en una interpretación conservadora del concepto filogenético de especie, fueron ampliamente concordantes e indicaron la presencia de 43 especies candidatas. Algunos de los taxones nombrados no estaban respaldados, mientras que otros, de ser reconocidos, violarían el concepto filogenético de especie. La asignación de especímenes fue en gran medida inequívoca y las distribuciones geográficas fueron coherentes con los patrones filogeográficos de otros taxones. Nuestro trabajo establece un punto de referencia para entender la diversidad de peces Cottus en el oeste de Norteamérica y sugiere nuevas hipótesis de especies tanto allí como en el este de Norteamérica.