Systematics of the Central African Spiny Reed Frog Afrixalus laevis (Anura: Hyperoliidae), with the description of two new species from the Albertine Rift.

The geographically widespread species Afrixalus laevis (Anura: Hyperoliidae) currently has a disjunct distribution in western Central Africa (Cameroon, Equatorial Guinea, Gabon, and possibly adjacent countries) and the area in and near the Albertine Rift in eastern Democratic Republic of the Congo and neighboring countries. At least two herpetologists have previously suggested that these disjunct populations represent distinct species, and herein, we utilize an integrative taxonomic approach with molecular and morphological data to reconcile the taxonomy of these spiny reed frogs. We sequenced 1554 base pairs of the 16S and RAG1 genes from 34 samples of A. laevis and one sample of A. orophilus (sympatric with eastern populations of A. laevis), and combined these data with previously sequenced GenBank Afrixalus samples via the bioinformatics toolkit SuperCRUNCH. Phylogenetic trees, dated phylogenetic analyses, and species-delimitation analyses were generated with RAxML, BEAST, and BPP, respectively. Eleven mensural characters were taken from multiple specimens of A. laevis and A. orophilus, and compared with paired t-tests and analyses of covariance. These combined results suggested populations of A. laevis in western Central Africa (Cameroon and Bioko Island, Equatorial Guinea) represent one species, whereas populations from the Albertine Rift and nearby forests represent two undescribed taxa that are sister to A. dorsimaculatus. The two new species (A. lacustris sp. nov. and A. phantasma sp. nov.) are distinguished by our phylogenetic and species-delimitation analyses, significant differences in several mensural characters, qualitative morphological differences, and by their non-overlapping elevational distribution.

Giant Tree Frog diversification in West and Central Africa: Isolation by physical barriers, climate, and reproductive traits.

Secondary sympatry amongst sister lineages is strongly associated with genetic and ecological divergence. This pattern suggests that for closely related species to coexist in secondary sympatry, they must accumulate differences in traits that mediate ecological and/or reproductive isolation. Here, we characterized inter- and intraspecific divergence in three giant tree frog species whose distributions stretch across West and Central Africa. Using genome-wide single-nucleotide polymorphism data, we demonstrated that species-level divergence coincides temporally and geographically with a period of large-scale forest fragmentation during the late Pliocene. Our environmental niche models further supported a dynamic history of climatic suitability and stability, and indicated that all three species occupy distinct environmental niches. We found modest morphological differentiation amongst the species with significant divergence in tympanum diameter and male advertisement call. In addition, we confirmed that two species occur in secondary sympatry in Central Africa but found no evidence of hybridization. These patterns support the hypothesis that cycles of genetic exchange and isolation across West and Central Africa have contributed to globally significant biodiversity. Furthermore, divergence in both ecology and reproductive traits appear to have played important roles in maintaining distinct lineages. At the intraspecific level, we found that climatic refugia, precipitation gradients, marine incursions, and potentially riverine barriers generated phylogeographic structure throughout the Pleistocene and into the Holocene. Further studies examining phenotypic divergence and secondary contact amongst these geographically structured populations may demonstrate how smaller scale and more recent biogeographic barriers contribute to regional diversification.

La sympatrie secondaire parmi les espèces sœurs est fortement associée à la divergence génétique et écologique. Ce modèle suggère que pour que des espèces étroitement liées coexistent en sympatrie secondaire, elles doivent accumuler des différences dans les traits qui contribuent à l'isolement écologique ou reproductif. Ici, nous avons caractérisé la divergence inter- et intra-spécifique chez trois espèces de grenouilles arboricoles géantes dont les distributions s'étendent à travers l'Afrique de l'Ouest et Centrale. Avec des données génétiques, nous avons démontré que la divergence au niveau des espèces coïncide temporellement et géographiquement avec une période de fragmentation forestière à la fin du Pliocène. Nos modèles de niches environnementales ont soutenu une histoire dynamique de stabilité climatique, et ont indiqué que les trois espèces occupent des niches environnementales distinctes. Nous avons trouvé une différenciation morphologique modeste parmi les trois espèces mais une divergence significative dans le diamètre du tympan et les cris des mâles. De plus, nous avons confirmé que deux espèces sont présentes en sympatrie secondaire en Afrique Centrale mais n'avons trouvé aucune preuve d'hybridation. Ces résultats soutiennent l'hypothèse que les cycles d'échange génétique et d'isolement à travers l'Afrique de l'Ouest et Centrale ont contribué à une profonde concentration de biodiversité dans la région. De plus, la divergence des traits écologiques et reproducteurs semble avoir joué un rôle important dans le maintien de lignées distinctes. Au niveau intra-spécifique, nous avons constaté que les refuges climatiques, les gradients de précipitation, les incursions marines et potentiellement les barrières fluviales ont généré une structure phylogéographique pendant le Pléistocène et jusqu'à l'Holocène. Des études examinant la divergence phénotypique et le contact secondaire entre ces populations géographiquement structurées pourraient démontrer comment des barrières biogéographiques à échelle plus petite et plus récentes contribuent à la diversification régionale.