Когато младият натуралист Алфред Р. Уолъс напуска Англия, за да изследва Новия свят през 1848 г., едно от ключовите му наблюдения в района на Амазонка е, че големите реки са ненадминати бариери за някои видове животни, особено примати и птици. Още по-интересното е, че забеляза, че тясно свързани видове често обитават гори от противоположните страни на реката, но те никога не са били открити заедно.
В действителност има стотици примери за кръстосани реки между амазонски птици, явление, което не се наблюдава никъде другаде на Земята. Близо една трета от приблизително 240 вида птици, които обитават обикновено горите от едната страна на долната част на Рио Негър в Бразилия, са заменени от близкороден вид от другата страна. Например, на левия бряг ще видите черни петна барбеци ( Capito niger ) с червени гърла. На десния бряг ще видите само тясно свързани Guilded Barbets ( Capito auratus ) с оранжеви гърла.
Черните петна и гилдирани барбекюри живеят разделени, разделени от долния Рио Негър и Рио Бранко в бразилската Амазонка. (Андреза Силва) Амазонските реки ме очароваха, откакто за пръв път посетих региона през 1999 г. и бяха основен фокус в изследванията ми като тропически биолог. Бях запленен от описаните модели на заместване, които Уолъс описа и прекарах безброй часове, изучавайки картите за разпространение на птиците.
Въпреки години на проучване обаче, еволюционните биолози остават несигурни за ролята, която реките са изиграли в процеса на спецификация в Амазония. Реките създават ли нови видове? Или просто действат като вторични бариери, осигурявайки естествени граници за видове, формирани другаде? Всички тези сдвоени линии се разминават едновременно, разделени от обща бариера? Или всеки вид е следвал свой собствен еволюционен път?
Проучването се фокусира върху видове птици, чието разпространение е ограничено от две биогеографски бариери: Рио негърът и Рио Бранко, разположени в щита Гвиана в Северна Амазония. (Naka и др.) Това бяха въпросите, които насочиха моите колеги и мен, когато тръгнахме да изследваме Рио негра, все още един от най-девствените региони на Амазония. Подобно на експедициите, провеждани от по-ранни природозащитници, и нашите включваха дълги пътувания с лодка, за да стигнат до отдалечени места. Но ние бяхме въоръжени с компютри, цифрови изображения, GPS устройства, цифрови аудио записи и течен азот, за да поддържаме нашите проби при много ниски температури, докато не можем да извършим генетичен анализ обратно в лабораторията. Нашият план беше да използваме тъканни проби от птици от противоположните страни на реката, за да оценим тяхната еволюционна история.
Развива се от един вид до два
Разглеждайки размера на генетичната диференциация между индивидите на различни банки, съвременните натуралисти са в състояние да проследят приблизително колко време е изминало, откакто тези популации започнаха своята независима еволюционна история. Това, с което биолозите не могат да се съгласят, е каква роля играят тези реки в еволюционната история на видовете, които в момента разделят.
Една очевидна възможност е, че ареалът на предците е бил разчленен от новообразуваната река, изолираща големи парчета гори. Популациите за отрязване бавно биха се променяли и различавали една от друга. Като се има предвид достатъчно време, различията им ще станат достатъчно големи, че те вече не се разпознават като потенциални партньори, с които да сдвояват и отглеждат потомство - те ще станат различни видове. Тази идея стана известна като хипотеза за речната бариера. Това е най-старото обяснение защо има толкова много видове в Амазония.
Алтернативен модел предполага, че реките действат като вторични бариери. Според тази идея, въпреки че в момента е важно да се определят географските граници на видовете, реките нямат нищо общо с първоначалното отделяне на тази популация от предци.
Трудно е обаче да не зададете най-очевидния въпрос тук. Птиците участват в епични далечни миграции и са в състояние да пътуват от полюс до полюс. Как по света една амазонска река, дори голяма, може да представлява голяма част от бариерата? Не могат ли птиците просто да прелетят реката, да се съберат отново с близките си и да избегнат да станат два различни вида?
Краткият отговор очевидно не е. За много видове, обитаващи гората, реките наистина изглеждат непреодолими бариери. Експериментите предполагат, че много видове птици не са способни да прелетят дори стотина ярда над открит пейзаж, камо ли да прекосят няколко километра от могъща амазонска река.
Тестване ролята на реките в еволюцията на птиците
Нашата първа стъпка беше да картографираме точното местоположение на тези двойки заместители нагоре. Известно е, че всички проучени двойки се движат в долната част на Рио Негър, която на някои места достига 10 километра. Въпреки това, реката е много по-тясна и моделите на заместване се усложняват, като се включват малки реки.
Когато разликите между популациите са сравнително големи - като шарки на оперение, цветове или песни често се считат за различни видове. Когато разликите са фини - като размер или петно оттенък или тон - орнитолозите са склонни да ги смятат за различни подвидове. Независимо дали са двойки видове или двойки подвидове, биолозите ги наричат „двойки таксони“.
Първата стъпка беше да се картографират модели на заместване на птиците. Въпреки че понастоящем всички двойки са ограничени от долната част на Рио Негър, има различни модели на заместване нагоре, включително Рио Бранко. (Naka и др.) Детайлно проучихме 74 двойки таксони, чиито диапазони бяха разделени от различни комбинации от Рио негър и неговия най-голям приток - Рио Бранко. Тези две реки са както биогеографски бариери за десетки видове птици. След повече от десетилетие на терен и с приноса на големи бразилски и американски музеи и колекции, нашият екип беше получил разпространителни и генетични данни за почти всички видове и подвидове птици, които се различаваха от двете страни на реката.
Ние разсъждавахме, че ако една река разчленява пейзажа и отдели много популации от птици едновременно, двойките трябва да представляват приблизително сходни времена на разминаване. Ако реките са действали като вторични бариери, двойките вероятно ще представляват цял набор от епохи. В този случай двойките биха могли да бъдат по-стари от реките, които в момента обвързват разпространението си, тъй като според този модел първоначалното разделение на вид на две не зависи от появата на реката.
Изследователите използват молекулярни данни, за да определят колко отдавна са се разминавали всяка от 74 двойки птици. Хоризонталните ленти покриват надеждни интервали, като се вземат предвид несигурността във времето. Повечето двойки се разделиха много преди двете реки да съществуват в сегашните им форми. (Naka и др.) Използвахме калибрирани по време молекулярни данни, за да разберем приблизително кога всяка от нашите 74 двойки свързани птици еволюционирала по отделни пътища. Някои гени мутират с предвидими и постоянни темпове, което позволява на учените да преценят времето, което е изминало от разминаването на дадена двойка организми. Колкото повече се променят в геномите им, толкова по-дълго време е минало откакто те споделят общ прародител. Това е все едно да погледнете това, което изследователите наричат „молекулен часовник“.
Гвианан Туканет (Selenidera piperivora), е заменен от туканет (S. nattereri) в този регион. Това е най-старата двойка в анализа, отделена преди около 8 милиона години. (Лучано Никола Нака) Когато разгледахме молекулните часовници на нашите проби от птици, установихме, че събитията на дивергенция не са групирани в определена времева рамка. Вместо това те варираха от 0, 2 до 8 милиона години. Така че е малко вероятно всички двойки птици, които в момента са разделени от обща преграда, като негър или бранко, са генерирани от генезиса на тези реки.
Освен това геоморфологичните данни предполагат, че тези реки са установили сегашните си позиции сравнително наскоро. Приблизителните дати за Рио негрите са около милион години, докато Рио Бранко е очевидно много по-скоро, около 20 000 години. Следователно и двете реки изглеждат много по-млади от повечето двойки птици, които в момента се разделят, подкрепяйки модела на вторичната контактна бариера: Реките днес поддържат граница, но времето показва, че не биха могли да са отговорни за първоначалното разделяне на повечето двойки птици Учихме.
От друга страна, Рио негърът изглежда има история от милиони години тук. Нашите модели не могат да отхвърлят обичайното събитие за диверсификация, случващо се на около тази възраст за 12 двойки птичи таксони, чиято ДНК показва, че са се разминали през последните милион години. Така че, въпреки че произходът на повечето проучени двойки вероятно не е свързан с генезиса на реките, е възможно Рио негърът, по-специално, да представлява основна бариера за някои видове.
Нашето ново проучване, публикувано в Science Advances, предлага убедителни доказателства, че реките Амазония могат да играят двойна еволюционна роля. Те могат да действат като основни бариери за някои линии, както е предложено от хипотезата на речната бариера. Но по-често те действат като вторични бариери за повечето птичи родове. Тези резултати идват само от един, макар и важен, амазонски регион, и подобни изследвания от други басейни ще поставят нашите резултати в по-широк контекст.
Тази статия първоначално е публикувана в The Conversation.
Luciano Nicolas Naka, професор по зоология, Universidade Federal de Pernambuco, Бразилия и гостуващ учен, Harvard University
