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• deep sea
• DNA barcoding
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• filogenesi
• Mar Mediterraneo
• mare profondo. Spionidae
• Mediterranean Sea
• phylogeny
• policheti
• polychaetes
• specie criptiche
• Spionidae

Riassunto:
La famiglia Spionidae (Grube,1850) è un gruppo cosmopolita di policheti bentonici, noti per il loro ruolo nella bioturbazione dei sedimenti e quindi, nel riciclo della materia organica. Rappresenta uno dei gruppi dominanti del benthos profondo e recenti studi hanno inoltre evidenziato la presenza di specie endemiche nel Mediterraneo per questa famiglia, suggerendo una complessità biogeografica maggiore rispetto a quanto precedentemente ipotizzato.
A livello morfologico, gli spionidi si distinguono per il corpo lineare, le cui regioni sono delimitate da parapodi di forma diversa e dalle setole. Ai lati del prostomio, ossia la parte anteriore del corpo, caratterizzata da una forma allungata e assottigliata, si trovano due palpi peristomiali lunghi e contrattili; le antenne sono assenti ma talvolta sostituite da una papilla occipitale o nucale. Il prostomio è circondato dal peristomio, che in alcune specie si estende lateralmente sotto forma di ali.
Nonostante la loro rilevanza ecologica, la diversità tassonomica e la biogeografia della famiglia Spionidae sono ancora poco comprese, principalmente a causa della scarsità di specialisti del gruppo e della limitata disponibilità di studi sui policheti mediterranei profondi, in particolare a livello molecolare.
L’obiettivo di questo studio è quello di indagare la diversità di questa famiglia di policheti, con particolare attenzione sui generi Poecilochaetus, Prionospio e Laonice, integrando dati molecolari e morfologici al fine di ricostruire le relazioni filogenetiche intra-genere e analizzare i pattern di distribuzione batimetrica tra ambienti superficiali e profondi. L’approccio integrato mira quindi a chiarire la diversità specifica, individuando eventuali specie criptiche e fornendo nuovi elementi per la comprensione dei pattern biogeografici di questa famiglia in alcune aree del Mediteranno.
Dopo un’attenta identificazione dei morfotipi, è stata effettuata l’estrazione del DNA con kit specifici, seguita dall’amplificazione (PCR) e dal sequenziamento Sanger di due geni mitocondriali:
COI (subunità 1 della citocromo-c-ossidasi) e 16S rDNA. Il database ottenuto è stato impiegato per stimare le relazioni filogenetiche e valutare se ci fosse corrispondenza tra i cluster morfologici e i cluster molecolari.
Le analisi filogenetiche sono state effettuate mediante gli approcci di Maximum Likelihood e analisi bayesiana, effettuati tramite linea di comando con i programmi Mafft, Trimal, RAxML e MrBayes. Questi approcci sono stati affiancati dai metodi di delimitazione delle specie ABGD e ASAP, in modo tale da permettere l’individuazione dei principali cladi.
I dati ottenuti indicano che la diversità genetica all’interno della famiglia Spionidae mostra pattern complessi legati sia alla profondità sia alla distribuzione geografica dei campioni. Le analisi filogenetiche e i test di delimitazione delle specie suggeriscono che la profondità possa rappresentare un importante fattore di segregazione, contribuendo a strutturare le comunità in cladi distinti e favorendo la formazione di linee evolutive indipendenti, anche in assenza di differenze morfologiche evidenti. Nei generi Prionospio e Laonice, i campioni superficiali e profondi formano infatti cladi distinti, suggerendo un possibile isolamento batimetrico e una limitata connettività tra le popolazioni.
La discrepanza osservata tra cluster morfologici e molecolari suggerisce la possibile presenza di specie criptiche, dove cladi geneticamente distinti non sono rappresentati da differenze morfologiche evidenti, mettendo in luce come l’analisi basata esclusivamente sui caratteri morfologici possa sottostimare la reale diversità genetica all’interno della famiglia Spionidae.
In parallelo, l’analisi filogenetica integrata con le sequenze disponibile su GenBank evidenzia come la provenienza geografica possa contribuire ulteriormente alla loro strutturazione. Alcuni cladi profondi mostrano infatti una maggiore eterogeneità biogeografica, includendo individui provenienti da diverse regioni del Mediterraneo, dell’Atlantico e del Pacifico mentre i cladi superficiali tendono a raggrupparsi in maniera più coerente con le province biogeografiche temperate-calde.
Questi pattern suggeriscono che, pur essendo la profondità il principale fattore di segregazione, la distribuzione spaziale potrebbe contribuire a modulare la diversità genetica, determinando variabilità all’interno di cladi profondi e potenzialmente influenzando la dispersione larvale e la colonizzazione.
Al contrario, il genere Poecilochaetus mostra una struttura genetica più uniforme, con bassa divergenza tra campioni di differenti profondità e aree geografiche di provenienza. Questo pattern suggerisce una maggiore connettività tra le popolazioni, probabilmente mediata da una capacità di dispersione larvale più efficace, che potrebbe permettere lo scambio genetico su scale spaziali più ampie.
In conclusione, questo lavoro ha contribuito a una migliore comprensione della diversità e della biogeografia dei policheti mediterranei superficiali e profondi, evidenziando l’importanza della profondità come uno dei fattori determinanti la differenziazione genetica nella famiglia Spionidae.

Abstract:
The family Spionidae (Grube, 1850) is a cosmopolitan group of benthic polychaetes, known for their role in sediment bioturbation and in the recycling of organic matter. It represents one of the dominant groups of deep sea benthos, and recent studies have also highlighted the presence of endemic species within this family, suggesting a greater biogeographic complexity than previously hypothesized.
From a morphological perspective, spionids are characterized by an elongated body, whit regions delimited by parapodia of different shapes and by chaetae. On either side of the prostomium, the anterior part of the body characterized by an elongated and tapered shape, there are two long, contractile peristomial palps; antennae are absent but may sometimes be replaced by an occipital or nuchal papilla. The prostomium is surrounded by the peristomium, which in some species extends laterally in the form of wing-like expansions.
Despite their ecological relevance, the taxonomic diversity and biogeography of the family Spionidae are still poorly understood, mainly due to the scarcity of specialists working on this group and the limited availability of studies on deep Mediterranean polychaetes, particularly at the molecular level.
The aim of this study is to investigate the diversity of this family, with particular focus on the genera Poecilochaets, Prionospio and Laonice, by integrating molecular and morphological data to reconstruct intrageneric phylogenetic relationships and analyse bathymetric distribution patterns between shallow and deep environments. This integrative approach therefore seeks to clarify species diversity, identify potential cryptic species, and provide new insight into the biogeographic patterns of this family in selected areas of the Mediterranean Sea.
Following careful identification of morphotypes, DNA extraction was performed using specific kits, followed by amplification (PCR) and Sanger sequencing of two mitochondrial genes: COI (cytochrome c oxidase subunit I) and 16S rDNA. The resulting dataset was used to infer phylogenetic relationships and to assess the correspondence between morphological and molecular clusters.
Phylogenetic analyses were carried out using Maximum Likelihood and Bayesian approaches, implemented with command line using software like MAFFT, TrimAl, RAxML, and MrBayes. These analyses were complemented by species delimitation methods (ABGD and ASAP) to identify major clades and provide additional support for the interpretations.
The results indicate that genetic diversity within the family Spionidae exhibits complex patterns related to both depth and the geographic distribution of the samples. Phylogenetic analyses and species delimitation tests suggest that depth may represent an important segregating factor, contributing to the structuring of communities into distinct clades and promoting the formation of independent evolutionary lineages, even in the absence of evident morphological differences. In the genera Prionospio and Laonice, shallow and deep samples form distinct clades, suggesting possible bathymetric isolation and limited connectivity between populations.
The discrepancy observed between morphological and molecular clusters suggests the possible presence of cryptic species, in which genetically distinct clades are not associated with clear morphological differences, highlighting how analyses based exclusively on morphological characters may underestimate the true genetic diversity within the family Spionidae.
Additionally, phylogenetic analyses integrated with sequences available in GenBank indicate that geographic origin may further contribute to population structuring. Some deep sea clades show greater biogeographic heterogeneity, including individuals from different regions of the Mediterranean, Atlantic and Pacific Oceans, whereas shallow water clades tend to cluster more consistently according to warm-temperate biogeographic provinces.
These patterns suggest that, although depth represents the primary factor driving segregation, spatial distribution may also modulate genetic diversity, generating variability within deep sea clades and potentially influencing larval dispersal and colonization processes.
In contrast, genus Poecilochaetus exhibits a more uniform genetic structure, with low divergence among samples from different depths and geographic areas. This pattern suggests higher connectivity among populations, likely mediated by more effective larval dispersal, which may facilitate gene flow across broader spatial scales.
In conclusion, this study contributes to a better understanding of the diversity and biogeography of shallow and deep Mediterranean polychaetes, highlighting the importance of depth as a key factor driving genetic differentiation within the family Spionidae.