20 DE JULHO DE 2022
Ideia de "bomba de espécies" da era do gelo nas Filipinas impulsionada por nova maneira de desenhar árvores evolutivas
A surpreendente biodiversidade nas Filipinas resulta em parte da subida e descida dos mares durante as eras glaciais?
Os cientistas há muito pensam que a geografia única das Filipinas - juntamente com os níveis oceânicos oscilantes - poderia ter criado uma "bomba de espécies" que desencadeou uma diversificação massiva isolando e reconectando grupos de espécies repetidamente em ilhas. Eles chamam a ideia de "modelo do complexo de ilhas agregadas do Pleistoceno (PAIC)" de diversificação.
Mas evidências concretas, conectando explosões de especiação aos tempos precisos em que os níveis globais do mar subiram e desceram, foram escassas até agora.
Um método Bayesiano inovador e novas análises estatísticas de dados genômicos de lagartixas nas Filipinas mostram que, durante as eras glaciais, o momento da diversificação de lagartixas dá forte suporte estatístico pela primeira vez ao modelo PAIC, ou "bomba de espécies". A investigação, com raízes na Universidade do Kansas, acaba de ser publicada na revista Proceedings of the National Academy of Sciences .
“As Filipinas são um arquipélago isolado, atualmente incluindo mais de 7.100 ilhas, mas esse número foi drasticamente reduzido, possivelmente para apenas seis ou sete ilhas gigantes, durante o Pleistoceno”, disse o coautor Rafe Brown, curador responsável. da divisão de herpetologia do Instituto de Biodiversidade e Museu de História Natural da KU.
"As massas de terra agregadas eram compostas por muitas das ilhas menores de hoje, que se tornaram conectadas por terra seca à medida que o nível do mar descia, e toda essa água estava presa em geleiras. Supõe-se que esse tipo de fragmentação e fusão de terra, que aconteceu como o nível do mar flutuou repetidamente nos últimos 4 milhões de anos, prepara o cenário para um processo evolutivo especial, que pode ter desencadeado agrupamentos simultâneos ou explosões de especiação em organismos não relacionados presentes na época. gêneros de lagartos, cada um com espécies encontradas apenas nas Filipinas."
Durante décadas, as Filipinas têm sido um foco de trabalho de campo de biólogos do Instituto de Biodiversidade da KU, onde os autores analisaram amostras genéticas de lagartixas filipinas, bem como de outros animais. No entanto, mesmo com a tecnologia de hoje e a capacidade dos cientistas de caracterizar a variação de todo o genoma, o desenvolvimento de abordagens estatísticas poderosas capazes de lidar com dados em escala genômica ainda está se recuperando - particularmente em casos desafiadores, como a tarefa de estimar tempos passados em que as espécies formados, usando dados genéticos coletados de populações que sobrevivem hoje.
O autor principal Jamie Oaks da Auburn University e o co-autor Cameron Siler da Universidade de Oklahoma foram ambos estudantes de pós-graduação da KU orientados por Brown. Eles se juntaram ao co-autor Perry Wood Jr., agora na Universidade de Michigan, que recentemente trabalhou em Auburn com Oaks, e anteriormente em KU com Brown, como pesquisador de pós-doutorado.
Por dois séculos, naturalistas que estudaram as distribuições de espécies nas Filipinas discutiram, debateram e escreveram extensivamente sobre as ideias por trás da teoria moderna da bomba de espécies, ou nas Filipinas, previsões que agora compõem o "Paradigma PAIC". Historicamente, pesquisadores com foco em animais ou plantas específicos endossaram a ideia geral, mas outros expressaram ceticismo porque não parecia se sustentar em outras espécies que estudaram.
“Ao longo do último quarto de século, com ampla disponibilidade de dados genéticos , as previsões específicas do modelo foram testadas de forma muito mais rigorosa, objetiva e quantitativa – com dados reais de populações naturais – o que foi um grande passo à frente na biogeografia filipina”, disse Brown.
"Em alguns animais e plantas, as previsões se mantiveram. Mas em outros, quando as mesmas previsões foram testadas com dados reais e métodos estatísticos adequadamente rigorosos, elas foram rejeitadas repetidamente. Em muitos de nossos próprios estudos na KU, quando examinamos corolários do modelo PAIC em gêneros individuais, ou grupos de espécies intimamente relacionadas, ficamos surpresos ao descobrir que a janela de tempo das eras glaciais nem sequer estava relacionada a grande parte da diversidade de espéciesencontramos hoje. Em estudo após estudo, focando individualmente em um gênero de morcegos ou um grupo de sapos, descobrimos que cada vez menos espécies de hoje pareciam ter divergido no Pleistoceno. Nesse ponto, com a falta de evidências se acumulando, meio que reformulamos a pergunta. Voltamos aos dados de todos esses estudos anteriores e perguntamos – em todos esses diferentes grupos de animais – podemos encontrar algum suporte estatístico para a formação de espécies, agrupadas na janela de tempo do Pleistoceno? E a resposta continuou voltando 'não' - até agora."
Brown disse que a chave para entender a evidência genômica veio de Oaks, que começou a analisar grupos de lagartixas com uma nova abordagem para conceber árvores filogenéticas . Em vez de uma espécie se ramificar de outra isoladamente – como as árvores filogenéticas são tradicionalmente desenhadas – uma infinidade de novas espécies pode se ramificar mais ou menos ao mesmo tempo em algo que se parece mais com um “arbusto” do que com uma árvore.
“A ascendência compartilhada está subjacente a tudo na biologia, seja uma sequência genética, cepa viral ou espécie”, disse Oaks. "Cada ponto de ramificação em uma árvore filogenética representa a diversificação biológica - por exemplo, uma espécie divergindo em duas. Há muito tempo assumimos que os processos responsáveis por esses eventos de divergência afetam cada espécie na árvore da vida isoladamente. essa suposição provavelmente é frequentemente violada. Por exemplo, mudanças no ambiente afetarão comunidades inteiras de espécies, não apenas uma. Nossa abordagem permite que várias espécies se diversifiquem devido a um processo compartilhado. Ao fazer isso, agora estamos mais bem equipados para fazer perguntas sobre esses processos e teste para os padrões que eles preveem."
Ao relaxar a suposição de divergências independentes, os dados genômicos das lagartixas filipinas apoiaram padrões de divergências compartilhadas, como “previsto pela fragmentação repetida do arquipélago por elevações interglaciais no nível do mar”, segundo os pesquisadores.
“Esse tipo de padrão de divergências compartilhadas agora pode ser testado com nossa nova abordagem filogenética”, disse Oaks. "Gekko e Cyrtodactylus são dois gêneros de lagartixasque são bons casos de teste para procurar esses padrões, porque eles se espalharam pelas Filipinas muito antes do início dos ciclos glaciais e, portanto, sabemos que estavam presentes nas grandes ilhas da era do gelo, quando foram fragmentadas pelo aumento do nível do mar. Usamos informações de seus genomas para reconstruir suas árvores filogenéticas e testar padrões de divergências compartilhadas previstas pela hipótese de fragmentação de ilhas. Encontramos suporte para esses padrões e agora vemos evidências do efeito dos ciclos glaciais, mas é importante lembrar que a história filogenética geral desses lagartos é consistente com uma história mais complexa."
Com esta parte da hipótese da "bomba de espécies" agora apoiada nas Filipinas, Brown disse que há muitos outros casos em que os biogeógrafos podem usar a mesma abordagem para detectar mudanças geográficas ou ambientais que desencadearam explosões semelhantes de biodiversidade.
"A ideia de que alguma barreira pode afetar grupos não relacionados, como pássaros, sapos, lagartos e insetos - possivelmente impactando faunas inteiras ao mesmo tempo - é algo que os biólogos evolucionários têm se agarrado há muito tempo. esses processos tem sido meio evasivo", disse Brown. “Existem muitas teorias sobre mecanismos compartilhados, e a ideia de 'bomba de espécies' é apenas uma delas. especialmente para biogeógrafos."
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