Amikor Alfred R. Wallace, a fiatal természettudós 1848-ban elhagyta Angliát, hogy felfedezzék az Új Világot, egyik legfontosabb megfigyelése az Amazonas régióban az volt, hogy a nagy folyók bizonyos állati fajok, különösen a főemlősök és a madarak számára meghaladhatatlan akadályokat jelentenek. Még ennél is érdekesebb, hogy észrevette, hogy a szorosan rokon fajok gyakran a folyó másik oldalán fekvő erdőket foglalnak el, de soha nem találtak együtt.
Valójában több száz példány létezik a keresztfolyópárokra az amazóniai madarak között, ezt a jelenséget a Földön sehol másutt nem látják. A Brazíliában az alsó Rio Negro alsó részén található erdőkben körülbelül 240 madárfaj közel egyharmadát szorosan rokon fajok váltják fel a másik oldalon. Például a bal parton fekete foltos barbets ( Capito niger ) jelenik meg, piros torkúakkal. A jobb parton csak a szorosan összekapcsolt Guildded Barbets-t ( Capito auratus ) láthatja, narancssárga torkával.
A fekete foltos és az aranyozott barbeterek egymástól élnek, elválasztva az alsó Rio Negro-tól és a Rio Branco-tól a brazil Amazonon. (Andreza Silva) Az Amazonas folyók elbűvöltek engem azóta, hogy 1999-ben először meglátogattam a régiót, és trópusi biológusként folytatott kutatásom fő témája. Elragadtattak a Wallace által leírt helyettesítő minták, és számtalan órát töltöttem a madáreloszlási térképek tanulmányozásával.
Évek óta tartó tanulmányok ellenére azonban az evolúciós biológusok továbbra sem tudják, hogy a folyók milyen szerepet játszottak az Amazónia speciációs folyamatában. A folyók új fajokat generálnak? Vagy egyszerűen másodlagos akadályokként szolgál, természetes határokat biztosítva a máshol képződött fajok számára? Vajon ezek a párosított vonalok eltérnek-e egy időben, egy közös gátral osztva? Vagy minden faj a saját evolúciós útját követi?
A tanulmány olyan madárfajokra összpontosított, amelyek elterjedését két biogeográfiai akadály határolja: a Rio Negro és a Rio Branco, amelyek a guiana pajzsban helyezkednek el az észak-Amazóniában. (Naka et al.) Ez volt a kérdés, amely irányította a kollégáimat és engem, amikor arra indultunk, hogy felfedezzük a Rio Negót, még mindig az Amazonas egyik legaranyosabb régióját. A korábbi természettudósok által végzett expedíciókhoz hasonlóan a miénk is hosszú hajóutakat vezetett a távoli helyek elérésére. Számítógépekkel, digitális képekkel, GPS eszközökkel, digitális hangrögzítőkkel és folyékony nitrogénnel felfegyverkeztek, hogy a mintáinkat nagyon alacsony hőmérsékleten tartsuk, amíg genetikai elemzést nem tudunk végezni a laboratóriumban. Tervünk az volt, hogy a folyó másik oldalán levő madarakból származó szöveti mintákat használjunk evolúciós történelemük felmérésére.
Egy fajról kettőre fejlődik
Ha megvizsgáljuk a különböző bankok egyének közötti genetikai differenciálódás mértékét, a modern természettudósok körülbelül meg tudják követni, hogy mennyi idő telt el azóta, hogy ezek a populációk elkezdték független evolúciós történeteiket. A biológusok nem értenek egyet abban, hogy ezek a folyók milyen szerepet játszottak az általuk megosztott fajok evolúciós történetében.
Az egyik nyilvánvaló lehetőség az, hogy az ősi fajok körzetét egy újonnan kialakult folyó boncolta, amely az erdők nagy darabjait elkülönítette. A levágott populációk lassan változnak és különböznek egymástól. Ha elegendő idő áll rendelkezésre, különbségeik elég nagyok lesznek, hogy már nem ismerik fel egymást olyan potenciális társaként, akikkel párosítani és utódokat nevelni - különböző fajokká válnak. Ez az ötlet a folyami vízgát hipotézisének vált ismertté. Ez a legrégebbi magyarázat arra, hogy miért olyan sok faj az Amazóniában.
Egy alternatív modell szerint a folyók másodlagos akadályokként működnek. Ezen ötlet szerint, bár jelenleg fontosak a fajok földrajzi határainak meghatározására, a folyóknak semmi köze nem volt az ősi populáció kezdeti szétválasztásához.
De nehéz itt nem feltenni a legkézenfekvőbb kérdést. A madarak epikus hosszú távú vándorlásokon vesznek részt, és képesek pólusról pólusra utazni. Hogyan lehet a világon egy Amazonas-folyó, akár egy nagy, akadályt képviselni? Nem tudnak a madarak egyszerűen repülni a folyón, újraegyesülni rokonaikkal és elkerülni, hogy két különböző fajgá váljanak?
A rövid válasz nyilvánvalóan nem. Sok erdőben élő faj számára a folyók valóban leküzdhetetlen akadályoknak tűnnek. A kísérletek azt sugallják, hogy sok madárfaj még száz méterre sem képes repülni a nyílt táj felett, nem is beszélve arról, hogy több kilométerre átlép egy hatalmas Amazonas folyón.
A folyók szerepének vizsgálata a madárfejlődésben
Első lépésünk az volt, hogy feltérképezzük a párpótlások pontos helyét felfelé. Az összes vizsgált pártról ismert volt, hogy a Rio Negro alsó részén áthaladnak, amely egyes helyeken akár 10 kilométer is. Felfelé azonban a folyó sokkal keskenyebb és a helyettesítési minták bonyolultabbá válnak, kisebb folyókat is érintve.
Ha a populációk közötti különbségek viszonylag nagyok - például a tollazatminták, a színek vagy a dal -, akkor a párokat gyakran különféle fajoknak tekintik. Ha a különbségek finomak - például méret vagy tollárnyalat vagy hang -, az ornitológusok inkább különféle alfajnak tekintik őket. Függetlenül attól, hogy fajpár vagy alfajpár van, a biológusok „taxonpároknak” hívják őket.
Az első lépés a madárhelyettesítési minták feltérképezése volt. Bár az összes párt jelenleg az alsó Rio Negro határolja, a felsõ szakaszban eltérõ pótlási minták léteznek, beleértve a Rio Branco-t is. (Naka et al.) Részletesen 74 taxonpárt vizsgáltunk, amelyek tartományát a Rio Negro és annak legnagyobb mellékfolyója, a Rio Branco különböző kombinációival osztottuk. Ez a két folyó tucatnyi madárfaj biogeográfiai akadálya. Több mint egy évtizedes terepmunkát követően, valamint a brazil és az amerikai nagyobb múzeumok és gyűjtemények közreműködésével csapata szétoszlatási és genetikai adatokat gyűjtött szinte minden madárfajról és alfajról, amelyek a folyó mindkét oldalán különböztek.
Arra gondoltuk, hogy ha egy folyó elválasztja a tájat és egyszerre számos madárpopulációt elválaszt, a pároknak nagyjából hasonló eltérési idõket kell mutatniuk. Ha a folyók másodlagos akadályokként működtek, akkor a párok valószínűleg egy teljes korosztályt mutatnak. Ebben az esetben a párok lehetnek idősebbek, mint a folyókon, amelyek jelenleg megoszlanak eloszlásukon, mivel e modell szerint a faj eredeti kettéoszlása nem függ a folyó kialakulásától.
A kutatók molekuláris adatok felhasználásával határozták meg, hogy a 74 madárpár mennyi időnként tér el egymástól. A vízszintes sávok hiteles intervallumokat fednek le, figyelembe véve az időzítési bizonytalanságokat. A legtöbb pár jóval azelőtt szétvált, hogy a két folyó jelenlegi formájában létezett. (Naka et al.) Időkalibrált molekuláris adatokat használtunk körülbelül ahhoz, hogy kitaláljuk, mikor 74 rokon madárpárunk mindegyike külön úton haladt evolúciós szempontból. Egyes gének kiszámítható, állandó sebességgel mutálódnak, lehetővé téve a tudósoknak, hogy becsüljék meg azt az időt, amely eltelt az adott organizmuspárok eltérése óta. Minél több változás történik genomjukban, annál hosszabb idő telt el azóta, hogy közös őseik voltak. Olyan, mintha azt nézzük, amit a kutatók „molekuláris órának” hívnak.
A Guianan Toucanet (Selenidera piperivora) helyét a Tawny-bojtos Toucanet (S. nattereri) váltja fel ebben a régióban. Ez az elemzés legrégebbi párja, körülbelül 8 millió évvel ezelőtt elválasztva. (Luciano Nicolas Naka) Ha megvizsgáltuk a madármintáink molekuláris óráit, megállapítottuk, hogy az eltérési események nem csoportosultak egy adott időkereten belül. Ehelyett 0, 2 és 8 millió évvel ezelőtt változtak. Tehát nem valószínű, hogy az összes madárpárt, amelyet jelenleg egy közös akadály oszt meg, mint például a négert vagy a brankot, ezeknek a folyóknak a genezise hozta létre.
A geomorfológiai adatok szerint ezen folyók viszonylag nemrégiben alakították ki jelenlegi helyzetüket. A Rio Negro becsült dátuma körülbelül egy millió év, míg a Rio Branco nyilvánvalóan sokkal újabb, körülbelül 20 000 év. Ezért úgy tűnik, hogy mindkét folyó sokkal fiatalabb, mint a legtöbb madárpár, amelyet jelenleg elosztanak, és támogatja a másodlagos érintkezéskori modellt: A folyók manapság fenntartják a határt, de az időzítés azt sugallja, hogy nem voltak felelősek a madárpárok többségének kezdeti elválasztásáért. tanultunk.
Másrészt úgy tűnik, hogy a Rio Negro millió éves története van itt. Modelljeink nem utasíthatják el egy olyan diverzifikációs eseményt, amely abban a korban történt 12 pár madár-taxon esetében, amelyek DNS-je szerint az elmúlt egymillió évben eltértek egymástól. Tehát, bár a legtöbb vizsgált pár eredete valószínűleg nem függ össze a folyók genezisével, lehetséges, hogy különösen a Rio Negro az elsődleges akadályt képviseli egyes fajok számára.
A Science Advances folyóiratban közzétett új tanulmányunk meggyőző bizonyítékokat kínál arra vonatkozóan, hogy az Amazonas folyók kettős evolúciós szerepet játszhatnak. Egyes folyóvonalak számára elsődleges akadályok lehetnek, amint azt a folyami gát hipotézise javasolja. De gyakrabban másodlagos akadályokként viselkednek a legtöbb madárfaj számára. Ezek az eredmények csak egy, bár fontos amazóniai régióból származnak, és más medencékből származó hasonló tanulmányok eredményeinket tágabb kontextusba helyezik.
Ezt a cikket eredetileg a The Conversation kiadta.
Luciano Nicolas Naka, az állattan professzora, a Brazília Pernambuco Egyetemi Szövetsége és a Harvard Egyetem látogató tudós
