„Pompa de specii” din Filipine din timpul erei glaciare, o teorie dezvoltată și mai mult datorită noului mod de a realiza arbori evolutivi

Ce este „pompa de specii”? Este biodiversitatea uimitoare din Filipine rezultatul parțial al creșterii și scăderii mărilor în timpul erelor glaciare?

Oamenii de știință au crezut de multă vreme că geografia unică a Filipinelor, cuplată cu nivelurile schimbătoare ale oceanelor, ar fi putut crea „pompa de specii” care a declanșat o diversificare masivă prin izolarea și apoi reconectarea repetată a grupurilor de specii de pe insule.

• Un fenomen meteo bizar ar putea explica de ce fabricile declanșează ninsori
• Ce au descoperit cercetătorii după ce i-au învățat pe șobolani să conducă?

Cercetătorii numesc această teorie „modelul (de diversificare al) complexului insular agregat din Pleistocen (PAIC)” .

Însă dovezile concrete, care leagă exploziile de speciație cu momentele precise în care nivelul mării la nivel mondial a crescut și a scăzut, au fost puține până acum, scrie Phys.org.

Ce este „pompa de specii”?

O metodă revoluționară Bayesiană și noi analize statistice ale datelor genomice de la șopârle gecko din Filipine arată că în timpul erelor glaciare, momentul diversificării acestor șopârle oferă pentru prima dată un sprijin statistic puternic modelului PAIC, sau „pompa de specii”.

Cercetarea, începută la Universitatea din Kansas, a fost publicată în Proceedings of the National Academy of Sciences.

„Filipinele sunt un arhipelag izolat, care include în prezent peste 7.100 de insule, dar acest număr a fost redus dramatic, posibil la șase sau șapte insule gigantice, în timpul Pleistocenului”, a declarat Rafe Brown, de la secția de herpetologie a Institutului pentru Biodiversitate și Muzeul de Istorie Naturală din cadrul Universității din Kansas (KU).

„Masele de uscat agregate erau compuse din multe dintre insulele mai mici de astăzi, care au devenit conectate între ele prin uscat pe măsură ce nivelul mării a scăzut, iar toată acea apă a fost prinsă în ghețari”, continuă Brown.

„S-a emis ipoteza că acest tip de fragmentare și fuziune a pământului, care s-a întâmplat pe măsură ce nivelul mării a fluctuat în mod repetat în ultimii 4 milioane de ani, pregătește scena pentru un proces evolutiv special, care poate să fi declanșat grupuri sau explozii simultane de speciație în organisme neînrudite prezente la acea vreme. În acest caz, am testat această predicție în două genuri diferite de șopârle, fiecare cu specii găsite doar în Filipine”, a continuat el.

Speciile din Filipine

Timp de zeci de ani, Filipine a fost în centrul atenției biologilor de la Institutul pentru Biodiversitate al KU, unde autorii au analizat mostre genetice de șopârle gecko filipineze, precum și alte animale.

Însă chiar și cu tehnologia actuală și cu capacitatea oamenilor de știință de a caracteriza variațiile de la nivelul genomului, dezvoltarea unor abordări statistice puternice, capabile să gestioneze datele la scară genomică, încă mai are de progresat, în special în cazurile dificile, cum ar fi sarcina de a estima vremurile trecute în care s-a format o specie, folosind date genetice colectate de la populațiile care trăiesc astăzi.

Autorul principal, Jamie Oaks, de la Universitatea Auburn și coautorul Cameron Siler, de la Universitatea din Oklahoma, au fost ambii studenți absolvenți ai KU, consiliați de Brown. Lor li s-a alăturat co-autorul Perry Wood Jr., acum la Universitatea din Michigan, care a lucrat la Auburn cu Oaks și înainte la KU cu Brown, ca cercetător postdoctoral.

Este „pompa de specii” o teorie validă?

Timp de două secole, naturaliștii care au studiat distribuția speciilor în Filipine au discutat, dezbătut și scris pe larg despre teoria modernă „pompa de specii” sau, în Filipine, despre predicțiile care alcătuiesc acum „Paradigma PAIC”. Din punct de vedere istoric, cercetătorii care s-au concentrat pe anumite animale sau plante au susținut ideea generală, dar alții și-au exprimat scepticismul, deoarece nu părea să reziste la alte specii pe care le-au studiat.

„În ultimul sfert de secol, cu disponibilitatea la scară largă a datelor genetice, predicțiile specifice ale modelului au fost testate mult mai riguros, obiectiv și cantitativ, cu date reale de la populații naturale, ceea ce a reprezentat un pas major înainte în biogeografia filipineză”, a spus Brown.

„La unele animale și plante, predicțiile au fost confirmate. Dar la altele, când aceleași predicții au fost testate cu date reale și metode statistice riguroase, acestea au fost respinse de nenumărate ori”, spune cercetătorul.

„În multe dintre propriile noastre studii de la KU, când am examinat corolarele modelului PAIC în genuri individuale sau grupuri de specii strâns înrudite, am fost surprinși să constatăm că perioada de timp a erei glaciare nu era legată de o mare parte din diversitatea speciilor pe care o găsim astăzi”, continuă el.

„În studiu după studiu, concentrându-ne individual pe un gen de lilieci sau un grup de broaște, am constatat că din ce în ce mai puține dintre speciile de astăzi păreau să se fi diversificat în Pleistocen. În acel moment, din lipsă de dovezi, am încercat să reformulăm întrebarea”, povestește Brown.

„Ne-am întors la datele din toate acele studii anterioare și ne-am întrebat, în toate aceste grupuri diferite de animale, putem găsi vreun suport statistic pentru formarea speciilor, grupate în perioada Pleistocenului? Și răspunsul a continuat să fie „nu”. Până acum”, spune cercetătorul.

Rescrierea arborilor filogenetici

Brown a spus că cheia pentru înțelegerea dovezilor genomice a venit de la Oaks, care a început să se uite la grupurile de gecko cu o nouă abordare pentru conceperea arborilor filogenetici. În loc ca o specie să se ramifice de la alta în mod izolat, așa cum sunt desenați arborii filogenetici în mod tradițional, o multitudine de specii noi s-ar putea ramifica aproximativ în același timp, sub forma a ceva ce seamănă mai mult ca un „arbust” decât cu un copac.

„Strămoșul comun stă la baza tuturor lucrurilor în biologie, fie că este vorba de o secvență de gene, tulpină virală sau specie”, a spus Oaks.

„Fiecare punct de ramificare de pe un arbore filogenetic reprezintă diversificarea biologică; de exemplu, o specie din care evoluează altele două. Am presupus de multă vreme că procesele responsabile pentru aceste evenimente de divergență afectează fiecare specie din arborele vieții în mod izolat. Cu toate acestea, am apreciat de mult timp că această ipoteză este probabil adesea încălcată”, spune el.

„De exemplu, schimbările aduse mediului vor afecta comunități întregi de specii, nu doar una. Abordarea noastră le permite mai multor specii să se diversifice datorită unui proces comun. Făcând acest lucru, suntem acum mai bine pregătiți să punem întrebări despre astfel de procese și să testăm modelele pe care acestea le prezic”, a continuat Oaks.

O nouă abordare

Prin relaxarea ipotezei de divergențe independente, datele genomice de la șopârlele gecko filipineze au susținut modele de divergențe comune, așa cum sunt „prevăzute prin fragmentarea repetată a arhipelagului prin creșterea interglaciară a nivelului mării”, potrivit cercetătorilor.

„Acest tip de model de divergențe partajate poate fi acum testat cu noua noastră abordare filogenetică”, a spus Oaks.

„Gekko și Cyrtodactylus sunt două genuri de gecko care sunt candidați buni pentru testare pentru a căuta aceste modele, pentru că aceste șopârle au fost răspândite în Filipine cu mult înainte de începerea ciclurilor glaciare și, prin urmare, știm că au fost prezente pe marile insule ale epocii glaciare, când au fost despărțite de creșterea nivelului mării”, continuă el.

„Am folosit informații din genomurile lor pentru a le reconstrui arborii filogenetici și a testa modelele de divergențe comune prezise de ipoteza fragmentării insulei. Am găsit sprijin pentru astfel de modele și acum avem dovezi ale efectului ciclurilor glaciare, dar este important să ne amintim că istoria filogenetică generală a acestor șopârle este în concordanță cu o poveste mai complexă”, spune cercetătorul.

Un nou instrument pentru biogeografi

Cu această parte a teoriei despre „pompa de specii” susținută acum în Filipine, Brown a spus că există multe alte cazuri în care biogeografii ar putea folosi aceeași abordare pentru a detecta schimbările geografice sau de mediu care au declanșat explozii similare de biodiversitate.

„Ideea conform căreia o anumită barieră ar putea afecta grupuri neînrudite, cum ar fi păsările, broaștele, șopârlele și insectele, posibil având un impact asupra întregii faune în același timp, a fost un lucru la care biologii evoluționiști au aspirat de mult timp. Dar dovezile puternice pentru confirmarea sincronizării simultane a acestor procese au fost cam evazive”, a spus Brown.

„Există o mulțime de teorii despre mecanismele comune, iar ideea ‘pompei de specii’ este doar una dintre ele. Dar, în general, mecanismele comune de diversificare sau procesele comune de speciație au fost întotdeauna subiecte mari și tentante pentru biologii evoluționiști, în special pentru biogeografi”, a încheiat el.

Vă recomandăm să citiți și:

Delfinii își tratează problemele pielii folosind corali. Cercetătorii, surprinși de ultimele descoperiri

Cimpanzeii par să cunoască aproape 400 de așa-zise cuvinte. Cum comunică?

De ce există atât de mulți giganți în adâncurile oceanelor? Explicația te va surprinde

Peste 90% din suprafața studiată în acest an în Marea Barieră de Corali a albit