Când tânărul naturalist Alfred R. Wallace a părăsit Anglia pentru a explora Lumea Nouă în 1848, una dintre observațiile sale cheie în regiunea Amazon a fost că râurile mari erau bariere de neegalat pentru unele specii de animale, în special primate și păsări. Și mai interesant, a observat că speciile strâns legate ocupau adesea păduri de pe laturile opuse ale unui râu, dar nu au fost niciodată găsite împreună.
Într-adevăr, există sute de exemple de perechi de râuri încrucișate printre păsările amazoniene, un fenomen care nu se vede nicăieri în altă parte pe Pământ. Aproape o treime din cele aproximativ 240 de specii de păsări care locuiesc în mod normal în pădurile de pe o parte a Rio Negro inferior din Brazilia sunt înlocuite cu o specie strâns legată de cealaltă parte. De exemplu, pe malul stâng veți vedea Barbute cu pete negre ( Capito niger ) cu gât roșu. Pe malul drept veți vedea doar strânsoarele Ghimpate ( Capito auratus ) cu gâtul portocaliu.
Bărbile cu pete negre și guilded trăiesc despărțite, separate de Rio Negro inferior și Rio Branco din Amazonul brazilian. (Andreza Silva) Râurile amazoniene m-au fascinat de când am vizitat prima dată regiunea în 1999 și au fost principalul obiectiv al cercetării mele ca biolog tropical. Am fost captivat de tiparele de înlocuire descrise de Wallace și am petrecut nenumărate ore studiind hărțile de distribuție aviară.
În pofida anilor de studiu, însă, biologii evolutivi rămân incerti cu privire la rolul jucat de râurile în procesul de specializare în Amazonia. Râurile generează specii noi? Sau pur și simplu acționați ca bariere secundare, oferind granițe naturale pentru speciile formate în altă parte? Toate aceste linii împerecheate au divergent în același timp, împărțite de o barieră comună? Sau fiecare specie a urmat propria sa cale evolutivă?
Studiul s-a concentrat pe speciile de păsări ale căror distribuții sunt delimitate de două bariere biogeografice: Rio Negro și Rio Branco, situate în Scutul Guyanului din nordul Amazonia. (Naka și colab.) Acestea au fost întrebările care i-au îndrumat pe colegii mei și pe mine când am pornit să explorăm Rio Negro, încă una dintre cele mai curate regiuni ale Amazonia. La fel ca expedițiile efectuate de naturaliștii de mai devreme, ai noștri au implicat călătorii lungi cu barca pentru a ajunge în locuri îndepărtate. Însă am fost înarmați cu calculatoare, imagini digitale, dispozitive GPS, înregistratoare audio digitale și azot lichid pentru a ne menține eșantioanele la temperaturi foarte scăzute până când am putut efectua analize genetice înapoi în laborator. Planul nostru a fost să folosim probe de țesut de la păsări din părțile opuse ale râului pentru a evalua istoria lor evolutivă.
Evoluând de la o specie la două
Analizând cantitatea de diferențiere genetică între indivizi de pe diferite bănci, naturaliștii moderni sunt capabili să descopere aproximativ cât a trecut timpul de când aceste populații și-au început istoriile evolutive independente. Ceea ce nu pot fi de acord cu biologii este ce rol au jucat aceste râuri în istoria evolutivă a speciilor pe care le împart în prezent.
O posibilitate evidentă este că gama speciilor ancestrale a fost disecată de un râu nou format, izolând bucăți mari de păduri. Populațiile cutoff s-ar schimba lent și s-ar diferenția unele de altele. Având suficient timp, diferențele lor ar deveni suficient de mari încât să nu se mai recunoască unii pe alții ca potențiali colegi cu care să se împerecheze și să crească urmași - ar deveni specii diferite. Această idee a devenit cunoscută sub numele de ipoteza barierei riverine. Este cea mai veche explicație pentru ce există atât de multe specii în Amazonia.
Un model alternativ sugerează că râurile acționează ca bariere secundare. Conform acestei idei, deși în prezent sunt importante pentru a defini limitele geografice ale speciilor, râurile nu au avut nicio legătură cu separarea inițială a populației ancestrale.
Totuși, este greu să nu pui cea mai evidentă întrebare. Păsările se angajează în migrații epice pe distanțe lungi și sunt capabile să călătorească de la pol la pol. Cum poate în lume un râu amazonian, chiar unul mare, să reprezinte o mare barieră? Nu pot păsările pur și simplu să zboare peste râu, să se reunească cu rudele lor și să evite să devină două specii diferite?
Răspunsul scurt este, se pare că nu. Pentru multe specii de pădure, râurile par într-adevăr bariere insurmontabile. Experimentele sugerează că multe specii de păsări nu sunt capabile să zboare nici măcar o sută de metri pe peisaj deschis, să nu mai vorbim de câțiva kilometri dintr-un râu amazonian puternic.
Testarea rolului râurilor în evoluția aviară
Primul nostru pas a fost să cartografiem locația exactă a acestor înlocuitori în sus. Toate perechile studiate au fost cunoscute de cifra de afaceri în partea de jos a Rio Negro, care se întinde până la 10 kilometri în unele locuri. În sus, însă, râul este mult mai restrâns, iar modelele de înlocuire devin mai complicate, implicând râuri minore.
Atunci când diferențele între populații sunt relativ mari - ca modelele de penaj, culorile sau perechile de cântece sunt adesea considerate specii diferite. Atunci când diferențele sunt subtile - cum ar fi dimensiunea sau nuanța penei sau tonul - ornitologii tind să le considere subspecii diferite. Indiferent dacă sunt perechi de specii sau perechi de subspecii, biologii se referă la ele ca „perechi de taxoni”.
Primul pas a fost maparea modelelor de substituție aviare. Deși în prezent toate perechile sunt delimitate de Rio Negro inferior, există diferite modele de înlocuire ascendente, inclusiv Rio Branco. (Naka și colab.) Am investigat în detaliu 74 de perechi de taxoni ale căror game au fost împărțite prin diferite combinații de Rio Negro și cel mai mare afluent al său, Rio Branco. Aceste două râuri sunt ambele bariere biogeografice pentru zeci de specii aviare. După mai mult de un deceniu de lucrări de teren și cu contribuția marilor muzee și colecții din Brazilia și SUA, echipa noastră a obținut date distribuționale și genetice pentru aproape toate speciile și subspeciile de păsări care diferau pe ambele părți ale râului.
Am argumentat că, dacă un râu diseca peisajul și separa multe populații aviare în același timp, perechile ar trebui să prezinte perioade de divergență aproximativ similare. Dacă râurile au acționat ca bariere secundare, perechile vor prezenta probabil o serie completă de vârste. În acest caz, perechile ar putea fi mai vechi decât râurile care în prezent leagă distribuțiile, deoarece, conform acestui model, diviziunea inițială a unei specii în două nu depinde de apariția râului.
Cercetătorii au utilizat datele moleculare pentru a determina cât timp în urmă fiecare dintre cele 74 de perechi de păsări s-a divergent. Barele orizontale acoperă intervale credibile, ținând cont de incertitudinile de cronometrare. Majoritatea perechilor s-au separat cu mult înainte ca cele două râuri să existe în formele lor actuale. (Naka și colab.) Am folosit date moleculare calibrate în timp pentru a ne da seama aproximativ când fiecare din cele 74 de perechi de păsări înrudite și-au parcurs în mod evolutiv. Unele gene mută la rate previzibile, constante, permițând oamenilor de știință să estimeze timpul scurs de când orice pereche de organisme a divergent. Cu cât sunt mai multe schimbări în genomul lor, cu atât este mai lung de când au împărtășit un strămoș comun. Este ca și cum ai privi ceea ce cercetătorii numesc „ceas molecular”.
Toucanetul Guianan (Selenidera piperivora), este înlocuit cu Toucanet-ul cu tufă (S. nattereri) din această regiune. Aceasta este cea mai veche pereche din analiză, separată în urmă cu aproximativ 8 milioane de ani. (Luciano Nicolas Naka) Când ne-am uitat la ceasurile moleculare ale eșantioanelor noastre de păsări, am constatat că evenimentele de divergență nu erau grupate într-un anumit interval de timp. În schimb, acestea au variat de la 0, 2 la 8 milioane de ani în urmă. Așadar, este puțin probabil ca toate perechile aviare împărțite în prezent de o barieră comună, precum Negro sau Branco, să fie generate de geneza acelor râuri.
Mai mult, datele geomorfologice sugerează că aceste râuri și-au stabilit pozițiile actuale relativ recent. Datele aproximative pentru Rio Negro sunt în jur de un milion de ani, în timp ce Rio Branco este aparent mult mai recent, în jur de 20.000 de ani. Prin urmare, ambele râuri par a fi mult mai tinere decât majoritatea perechilor de păsări pe care le împart în prezent, susținând modelul de barieră de contact secundară: Râurile de astăzi mențin o graniță, dar timpul indică faptul că nu ar fi putut fi responsabile pentru separarea inițială a majorității perechilor aviare am studiat.
Pe de altă parte, Rio Negro pare să aibă o istorie de un milion de ani aici. Modelele noastre nu pot respinge un eveniment comun de diversificare care se întâmplă în jurul vârstei pentru 12 perechi de taxoni aviari, al căror ADN a indicat că s-au divergent în ultimii milioane de ani. Așadar, deși originea majorității perechilor studiate nu este probabil legată de geneza râurilor, este posibil ca Rio Negro, în special, să reprezinte o barieră primară pentru unele specii.
Noul nostru studiu, publicat în Science Advances, oferă dovezi convingătoare că râurile amazoniene pot deține un dublu rol evolutiv. Ele pot acționa ca bariere primare pentru unele linii, așa cum propune ipoteza barierei riverine. Dar mai des, ele acționează ca bariere secundare pentru majoritatea descendenților aviari. Aceste rezultate provin dintr-o singură regiune amazoniană, deși importantă, și studii similare din alte bazine ne vor plasa rezultatele într-un context mai larg.
Acest articol a fost publicat inițial pe The Conversation.
Luciano Nicolas Naka, profesor de Zoologie, Universitatea Federală de Pernambuco, Brazilia și vizitator, Universitatea Harvard
