Kui noor loodusteadlane Alfred R. Wallace lahkus 1848. aastal Inglismaalt Uut Maailma uurima, oli tema üks peamisi tähelepanekuid Amazoni piirkonnas, et suured jõed olid mõne loomaliigi, eriti primaatide ja lindude jaoks ületamatud tõkked. Veelgi huvitavam on, et ta märkas, et tihedalt seotud liigid hõivasid jõe vastaskülgedel sageli metsi, kuid neid ei leitud kunagi koos.
Tõepoolest, Amazonase lindude seas on sadu näiteid jõgede ristumiskohtadest - nähtust pole mujal Maa peal nähtud. Ligikaudu kolmandik umbes 240 linnuliigist, kes tavaliselt Brasiilias madalama Rio Negro alumisel poolel metsades elavad, asendatakse teisel pool tihedalt seotud liikidega. Näiteks vasakpoolsel kaldal näete punaste kurkudega must-täpilisi barbeteid ( Capito niger ). Paremal kaldal näete ainult oranžide kurkudega tihedalt seotud Guilded Barbetsi ( Capito auratus ).
Must-täpilised ja kullatud barbetid elavad lahus, neid eraldavad madalam Rio Negro ja Brasiilia Amazonases asuv Rio Branco. (Andreza Silva) Amazoonia jõed on mind lummanud sellest ajast, kui külastasin seda piirkonda esmakordselt 1999. aastal ja see on olnud minu uurimise põhirõhk troopilise bioloogina. Mind võlusid Wallacei kirjeldatud asendusmustrid ja veetsin lugematuid tunde lindude leviku kaartide uurimisel.
Vaatamata aastatepikkusele uurimistööle jäävad evolutsioonibioloogid siiski ebakindlaks jõgede rollist Amazonase eristamisprotsessis. Kas jõed genereerivad uusi liike? Või toimivad lihtsalt sekundaarsete tõketena, pakkudes mujal moodustatud liikidele looduslikke piire? Kas kõik need paarisliigid erinevad korraga, jagades need ühise tõkkega? Või järgis iga liik oma evolutsiooniteed?
Uuring keskendus linnuliikidele, kelle levikut piiravad kaks biogeograafilist tõket: Rio Negro ja Rio Branco, mis asuvad Guiana kilbis Põhja-Amazonas. (Naka jt) Need olid küsimused, mis mu kolleege ja mind juhendasid, kui asusime tutvuma Rio Negroga, mis on endiselt üks Amazoni kõige põlisemaid piirkondi. Nagu varasemate looduseuurijate korraldatud ekspeditsioonid, hõlmasid meie omad kaugeid paiku teekondadesse kaugetesse paikadesse. Kuid meid relvastati arvutite, digitaalpiltide, GPS-seadmete, digitaalsete helisalvestite ja vedela lämmastikuga, et hoida proove väga madalatel temperatuuridel, kuni saaksime laboris geneetilist analüüsi teha. Meie plaan oli kasutada jõe vastaskülgedel olevate lindude koeproove, et hinnata nende evolutsiooni ajalugu.
Arenevad ühest liigist kaheks
Vaadeldes eri pankade üksikisikute vahelise geneetilise diferentseerumise ulatust, suudavad tänapäevased looduseuurijad umbes kindlaks teha, kui palju aega on möödunud sellest ajast, kui need populatsioonid alustasid iseseisvat evolutsiooniajalugu. Bioloogid ei saa kokkuleppele jõuda selles, millist rolli need jõed mängisid nende liikide evolutsioonilises ajaloos, mida nad praegu jagavad.
Üks ilmne võimalus on see, et esivanemate liikide levikuala moodustas äsja moodustatud jõgi, mis eraldas suuri metsatükke. Rajapiiri populatsioonid muutuvad aeglaselt ja eristuvad üksteisest. Piisava aja korral muutuvad nende erinevused piisavalt suureks, et nad ei tunneks enam üksteist kui potentsiaalset paaritut, kellega paarituda ja järglasi kasvatada - neist saavad erinevad liigid. See idee sai tuntuks jõevee tõkke hüpoteesina. See on vanim selgitus, miks Amazoonias on nii palju liike.
Alternatiivse mudeli kohaselt jõed toimivad sekundaarsete tõketena. Selle idee kohaselt polnud jõgedel liigi geograafiliste piiride määratlemisel praegu tähtsust, kuid selle esivanemate populatsiooni esialgse eraldamisega polnud midagi pistmist.
Siinkohal on raske mitte esitada kõige ilmsemat küsimust. Linnud tegelevad eepiliste pikamaarännetega ja on võimelised rändama masti juurest masti. Kuidas saaks Amazonase jõgi, isegi suur, kujutada suurt tõket? Kas ei saa linnud lihtsalt üle jõe lennata, sugulastega taasühineda ja vältida kahe erinevaks liigiks saamist?
Lühike vastus on ilmselt mitte. Paljude metsas elavate liikide jaoks näivad jõed tõesti ületamatute takistustena. Katsed näitavad, et paljud linnuliigid ei ole võimelised lendama isegi sada jard üle avatud maastiku, rääkimata mitme kilomeetri pikkuse Amazonase jõe ületamisest.
Jõgede rolli katsetamine lindude evolutsioonis
Meie esimene samm oli kaardistada nende paari asenduste täpne asukoht ülespoole. Kõikide uuritud paaride käive oli teadaolevalt kogu Rio Negro alaosas, mis ulatub mõnes kohas kuni 10 kilomeetrit. Ülaosas on jõgi aga palju kitsam ja asendusmustrid muutuvad keerukamaks, hõlmates väiksemaid jõgesid.
Kui populatsioonide vahelised erinevused on suhteliselt suured - nagu sulestiku mustrid, värvid või laul -, loetakse paarid sageli erinevateks liikideks. Kui erinevused on väikesed - näiteks suurus või sulgede toon või toon -, kipuvad ornitoloogid neid pidama erinevateks alamliikideks. Olgu tegemist liikide või alamliikide paaridega, nimetavad bioloogid neid taksonipaarideks.
Esimene samm oli lindude asendusmustrite kaardistamine. Kuigi kõiki paare piirab praegu madalam Rio Negro, on ülesvoolu erinevad asendusmustrid, sealhulgas Rio Branco. (Naka jt) Uurisime üksikasjalikult 74 paari taksonit, mille levila olid jagatud Rio Negro ja selle suurima lisajõe Rio Branco erinevate kombinatsioonidega. Need kaks jõge on kümnete linnuliikide biogeograafilised tõkked. Pärast enam kui kümme aastat välitööd ning suuremate Brasiilia ja USA muuseumide ja kogude panusega oli meie meeskond saanud leviku- ja geneetilisi andmeid peaaegu kõigi linnuliikide ja alamliikide kohta, kes erinesid mõlemal pool jõge.
Põhjendasime, et kui jõgi lahutas maastiku ja eraldas korraga paljud linnupopulatsioonid, peaksid paarid esinema umbes sarnastel lahknemise aegadel. Kui jõed toimisid sekundaarsete tõketena, esindavad paarid tõenäoliselt tervet komplekti vanuseid. Sel juhul võivad paarid olla vanemad kui jõed, mis praegu levivad, kuna selle mudeli kohaselt ei sõltu liigi esialgne jagunemine kaheks jõe tekkimisest.
Teadlased kasutasid molekulaarseid andmeid, et teha kindlaks, kui kaua iga 74 linnupaar lahkus. Horisontaalsed ribad katavad usaldusväärseid intervalle, võttes arvesse ajamääramise määramatust. Enamik paare eraldus juba ammu enne kahe jõe praegusel kujul olemasolu. (Naka jt) Me kasutasime ajaliselt kalibreeritud molekulaarseid andmeid, et saada ligikaudne arv, millal meie 74 lähedaste lindude paari evolutsiooniliselt oma teed kulgesid. Mõned geenid muteeruvad ennustatava ja ühtlase kiirusega, võimaldades teadlastel hinnata aega, mis on möödunud iga konkreetse organismi paari lahknemisest. Mida rohkem muutusi nende genoomides toimub, seda kauem on möödunud ajast, kui neil oli ühine esivanem. See on nagu vaadata seda, mida teadlased nimetavad "molekulaarseks kellaks".
Selle piirkonna Guyanan Toucanet (Selenidera piperivora) asendatakse Tawny-tuttidega Toucanet (S. nattereri). See on analüüsi vanim paar, mis eraldus umbes 8 miljonit aastat tagasi. (Luciano Nicolas Naka) Kui vaatasime oma linnuproovide molekulaarseid kellasid, leidsime, et lahknemise sündmused ei olnud koondatud kindla aja jooksul. Selle asemel olid need vahemikus 0, 2–8 miljonit aastat tagasi. Nii et on ebatõenäoline, et kõik praegu ühise tõkkega jaotatud linnupaarid, näiteks neeger või Branco, tekkisid nende jõgede geneesi käigus.
Lisaks viitavad geomorfoloogilised andmed sellele, et need jõed määrasid oma praeguse asukoha suhteliselt hiljuti. Rio Negro hinnangulised kuupäevad on umbes miljon aastat, samas kui Rio Branco on ilmselt palju uuem, umbes 20 000 aastat. Seetõttu näivad mõlemad jõed olevat palju nooremad kui enamus linnupaare, mida nad praegu lahutavad, toetades sekundaarset kontaktbarjäärimudelit: jõed säilitavad täna piiri, kuid ajastus viitab sellele, et enamiku linnupaaride eraldamise eest ei oleks nad võinud vastutada. me õppisime.
Teisest küljest näib, et Rio Negrol on siin miljon aastat ajalugu. Meie mudelid ei saa tagasi lükata 12-ndal paaril linnutaksonil aset leidvat ühist mitmekesistamise sündmust, mis toimus umbes selles vanuses ja mille DNA näitas, et nad on viimase miljoni aasta jooksul lahknenud. Ehkki enamiku uuritud paaride päritolu pole tõenäoliselt seotud jõgede geneesiga, on võimalik, et eriti Rio Negro esindas mõnede liikide jaoks peamist tõket.
Meie uus uuring, mis avaldati ajakirjas Science Advances, pakub veenvaid tõendeid selle kohta, et Amazoni jõgedel võib olla kahesugune evolutsiooniline roll. Nagu jõeäärse tõkke hüpotees pakub, võivad need toimida mõnede sugupuude peamiste tõketena. Kuid sagedamini toimivad nad enamiku linnuliikide jaoks sekundaarsete tõketena. Need tulemused pärinevad ainult ühest, ehkki olulisest Amazoonia piirkonnast. Sarnased uuringud teistest vesikondadest viivad meie tulemused laiemasse konteksti.
See artikkel avaldati algselt lehel The Conversation.
Luciano Nicolas Naka, Brasiilia Universidade Federal de Pernambuco zooloogia professor ja Harvardi ülikooli külalisõpetaja
