Новые исследования подтверждают теорию о том, что опушки леса являются очагами видообразования, положив начало глобальному исследованию эволюционных процессов в тропических лесах
Контакты: Меррик Буш-Пиркл, Государственный университет Сан-Франциско, 415/338-6747; [email protected] La Fauci, Бостонский университет, 617/353-2399; [email protected]
САН-ФРАНЦИСКО, 22 ноября 1999 г. - Оспаривание давних представлений о том, что географическая изоляция является единственным фактором разнообразия видов в тропических лесах, группа исследователей из Бостонского университета, Университета штата Сан-Франциско и Университета Квинсленда сообщают в Proceedings of the National Academy of Science (PNAS), что естественный отбор на лесных окраинах, или «экотонах», может играть столь же важную роль в эволюции новых видов.
Исследование дополняет новаторскую работу члена группы SFSU Томаса Б. Смита с Робертом Уэйном (UCLA) и др., опубликованную в журнале Science два года назад, которая показала, что экотоны Западной Африки являются очагами эволюции, функционирующими как двигатели биоразнообразия. в тропических лесах региона.
Исследование, представленное в PNAS, распространяет теорию экотона на Австралию.
Основано на исследованиях Carlia rubrigularis, обыкновенного сцинка или ящерицы, распространенной во влажных тропических лесах Австралии и сухих открытых лесах, ведущий автор Крис Шнайдер из Бостонского университета и соавторы Смит, Бренда Дж. Ларисон (SFSU) и Крейг Мориц (Университет Квинсленда) обнаружил, что, несмотря на доказательства генетического обмена, популяции сцинков, живущие в пределах экологического градиента, или экотона, между двумя лесами, демонстрировали значительные различия во внешнем виде по сравнению с их аналогами из тропических лесов.
Поразительно контрастно, популяции сцинков в тропических лесах, которые были географически изолированы горным барьером в течение миллионов лет, были одинаковыми, несмотря на древнее генетическое расхождение.
Команда взяла образцы взрослых сцинков в восьми парных местах в тропических лесах и открытом лесу в зоне Всемирного наследия влажных тропиков в Северном Квинсленде, Австралия.
«Различия в форме, размере и половой зрелости сцинков между популяциями тропических лесов и соседних открытых лесов, но не между исторически изолированными популяциями, предполагают, что естественный отбор, а не изоляция способствует этим физическим различиям», - говорит Шнайдер.. «Это резко контрастирует с преобладающим мнением о том, что только географическая изоляция является ключом к дивергенции популяций и видообразованию».
«Работы со сцинками подтверждают наши представления о том, что это происходит не только с несколькими видами птиц в Камеруне. Это происходит в другом тропическом лесу с другими таксонами», - говорит Смит.
Поскольку сохранение процессов, которые поддерживают разнообразие в тропических лесах, имеет основополагающее значение для эффективного сохранения, исследователи начинают всестороннее исследование механизмов, ответственных за создание биоразнообразия в тропических лесах мира. Получив грант в размере 2,6 миллиона долларов от Национального научного фонда (NSF), Смит возглавит международную группу ученых, студентов и политиков в исследовании на трех континентах, чтобы проверить альтернативную гипотезу видообразования с целью определения лучшей политики сохранения. Сотрудничающие учреждения включают НАСА, Институт мировых ресурсов, Бостонский университет, Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе и Университет Квинсленда.
«Общее мнение состоит в том, что если мы сохраняем тропические леса, мы также сохраняем процессы, которые создают биоразнообразие. Но, учитывая роль экотонов, это может быть не так», - говорит Смит, биолог-эволюционист и директор. Центра тропических исследований (CTR) SFSU, получившего грант NSF.
В статье 1997 года в журнале Science опытный биолог-эволюционист Джон Эндлер приветствовал работу по экотону как «важный первый шаг» в поддержку гипотезы о том, что естественный отбор не только формирует внешний вид всех живых организмов, но также может иметь важное значение. к образованию новых видов.
Шнайдер, главный исследователь CTR, говорит: «Когда мы думаем о процессах, порождающих биоразнообразие в тропических лесах, нам нужно выйти за рамки традиционного взгляда на географическую изоляцию и сосредоточиться на экологических возможностях, которые предоставляются градиентами местообитаний и новообразованными местообитаниями».
В своем исследовании исследователи обнаружили, что ящерицы открытого леса были меньше, имели более короткие конечности и большую голову, и достигали половой зрелости раньше, чем их собратья из тропических лесов.
Чтобы проверить силы отбора, влияющие на быстрые изменения внешнего вида и репродуктивной зрелости сцинков, исследователи изучили хищничество. Поскольку теоретические исследования предполагают, что естественный отбор, вызванный хищничеством, способствует эволюции более мелких тел и более раннему размножению, они предположили, что птицы, питающиеся ящерицами, охотящиеся в открытых лесах, были агентами естественного отбора.
Исследователи разместили 480 пластиковых приманок в виде ящериц, окрашенных в цвет полосатого красноватого сцинка, в густом тропическом лесу и открытом сухом лесу. Исследуя контрольные следы укусов, оставленные птичьими клювами, исследователи определили, сколько моделей подверглось нападению. По словам Шнайдера, между двумя сайтами не было соперничества. В открытом переходном лесу использовалась 21 модель, а в закрытых тропических лесах - только четыре.
«Мы определили потенциальный селективный механизм, который мог бы объяснить разницу в размерах мест обитания в тропических и открытых лесах», - говорит Шнайдер. «Изменения в морфологии в разных средах обитания, несмотря на высокий уровень потока генов, предполагают быструю адаптивную эволюцию в ответ на естественный отбор».
Эволюционные механизмы, которые способствовали развитию богатого разнообразия видов растений и животных, обитающих в тропических лесах, в которых проживает примерно половина видов на Земле, вызывали горячие споры на протяжении десятилетий. В своем новом исследовании исследователи будут проверять конкурирующие гипотезы видообразования в различных ландшафтах и различных таксонах, включая птиц, млекопитающих, рептилий и амфибий, в Африке, Австралии и Южной Америке. Их цель - определить ключевые факторы, важные для видообразования в тропических лесах.
Используя технологию удаленных спутниковых изображений, используемую Лабораторией реактивного движения НАСА, эксперт по дистанционному зондированию доктор Сэсон Саатчи и исследователь с докторской степенью доктор Кэтрин Грэм (SFSU) определят скорость потери среды обитания, используя исторические данные, и нарисуют более четкое представление о географических элементах систем тропических лесов, связанных с видовым разнообразием.
Кроме того, чтобы обеспечить использование результатов исследований, команда сотрудничает с Институтом мировых ресурсов в Вашингтоне, округ Колумбия, международным центром экологической политики.
«В конечном счете, с помощью этого гранта мы пытаемся поставить науку и политику на один путь», - говорит Смит. «В настоящее время программы сохранения, как правило, делают упор на сохранение районов с высоким видовым богатством, уделяя мало внимания эволюционным процессам, порождающим биоразнообразие. Наша исследовательская модель предназначена для предоставления данных, необходимых для определения более эффективной природоохранной политики».
Вспомогательное исследовательское подразделение Колледжа науки и инженерии SFSU, Центр тропических исследований проводит фундаментальные и прикладные биологические исследования, чтобы лучше понять основные биотические процессы, которые создают и поддерживают тропическое биоразнообразие во всем мире.
РЕДАКТОРЫ: Изображения полевых исследований, образцов видов и экотонов доступны в виде слайдов и в виде загружаемых цифровых файлов на следующем веб-сайте: