Эволюционные биологи давно предполагали, что, когда виды колонизируют новые географические регионы, они часто приобретают новые черты и приспособления, чтобы справляться со своим новым окружением. Они ответвляются от своих предков и размножаются количеством видов.
По-видимому, это не история о "настоящих лягушках". Семейство лягушек, которое ученые называют Ranidae, встречается почти повсюду в мире, и в их семейство входят знакомые земноводные, такие как американская лягушка-бык и европейская обыкновенная лягушка.
Новое исследование Канзасского университета, опубликованное в Королевском обществе биологии, показывает, вопреки ожиданиям, что «быстрое глобальное расширение ареала настоящих лягушек не было связано с увеличением сетевой диверсификации».
«Во-первых, нам нужно было определить, откуда взялись эти настоящие лягушки и когда они начали расселяться по всему миру», - сказал ведущий автор Чан Кин Онн, докторант Института биоразнообразия Калифорнийского университета. «Мы обнаружили отчетливую закономерность. Родиной этих лягушек был Индокитай - на сегодняшней карте это большая часть материковой Азии, включая Таиланд, Вьетнам, Камбоджу и Бирму. Настоящие лягушки оттуда рассеялись по всем континентам, кроме Антарктиды. Но мы обнаружили, что большая часть этого расселения произошла в течение короткого периода времени - это было в конце эоцена, около 40 миллионов лет назад. До сих пор это не было определено.
Затем Чан и соавтор Рэйф Браун, ответственный куратор отдела герпетологии Института биоразнообразия Калифорнийского университета, попытались выяснить, не вызвало ли это быстрое распространение настоящих лягушек по всему миру соответствующее извержение видообразования.
«Это было нашим ожиданием», - сказал Чан.«Мы думали, что они проникнут во всю эту новую среду обитания и ресурсы без конкуренции - и бум, у вас будет много новых видов. Но мы обнаружили, что все было как раз наоборот. В большинстве групп ничего не произошло.. Увеличения видообразования не произошло. В одной из групп диверсификация значительно замедлилась. Это было противоположно тому, что ожидалось».
Чтобы установить фактическое время диверсификации настоящих лягушек, Чан и Браун провели филогенетический анализ 402 генетических образцов, полученных из онлайновой базы данных под названием GenBank. Эти образцы представляли 292 из 380 известных видов настоящих лягушек в мире.
«Мы изучили все эти последовательности и объединили их в гигантский анализ всей семьи», - сказал Чейн. «Насколько мне известно, это наиболее полный филогенетический анализ Ranidae из когда-либо проводившихся, который включал большинство репрезентативных видов семейства».
Чан и Браун сосредоточились на четырех генах, которые помогут составить генеалогическое древо настоящих лягушек.
«Это генеалогическая родословная образцов, генеалогическое древо видов», - сказал Чан. «Обычно вы думаете о генеалогическом древе как о всех членах одной семьи и о том, как разные люди связаны между собой. Но это более расширено, когда мы рассматриваем, как виды связаны друг с другом, поэтому вы можете проследить родословную в прошлом».
После завершения филогенетического анализа исследователи KU использовали несколько окаменелостей лягушек, чтобы «откалибровать время» истории глобального расселения лягушек.
«Мы используем ископаемых лягушек, потому что можем точно датировать окаменелости», - сказал Чан. «Мы знаем, что нашли окаменелость в определенном месторождении горных пород, и мы с уверенностью знаем, сколько лет этому месторождению, поэтому мы можем оценить возраст окаменелости».
После того, как Чан и Браун обнаружили сходство между окаменелыми настоящими лягушками, о которых сообщают палеонтологи, и современными настоящими лягушками, они поместили окаменелости в группы близкородственных видов, которые ученые называют родами.
«Используя данные палеонтологических исследований, мы можем приблизительно поместить окаменелость в то место в филогенезе, которому она принадлежит, и поставить временную отметку на этой точке», - сказал Чан. «Вот где происходит калибровка, каждая ископаемая подобна опорной точке. Вы можете себе представить, что в действительно большой филогении чем больше опорных точек или точек калибровки, тем точнее ваша оценка времени».
Благодаря этому процессу исследователи КУ пришли к выводу, что настоящие лягушки не стали одним из самых биоразнообразных семейств лягушек из-за расселения на новые ареалы или из-за заполнения пробела, образовавшегося в результате катастрофического вымирания (например, Эоцен-олигоценовое вымирание, вызвавшее массовое вымирание морских беспозвоночных и млекопитающих в Азии и Европе).
Напротив, богатое разнообразие видов семейства Ranidae является результатом миллионов лет непрерывной эволюции под влиянием множества различных сред.
«Наш вывод немного разочаровывает, но это круто, потому что идет вразрез с ожиданиями», - сказал Чан.«Мы показываем, что причиной видового богатства было действительно постоянное накопление видов во времени - не было какого-либо крупного события, которое заставило бы это семейство безумно диверсифицироваться».