John Wiens: A fajok sokféleségének megértése, békákkal

Ez régóta rejtély a biológiában. Miért vannak olyan élőhelyek, ahol nagyobb a fajok sokszínűsége, mint másoknak? A fabékafajok világméretű elterjedésével kapcsolatos új kutatások segíthetnek a kérdés megválaszolásában. A ForVM beszélt Dr. John Wiens -szel a New York -i Stony Brook Egyetem Ökológiai és Evolúciós Tanszékén. Ő és egy csapatközzétették eredményeiketszámának 2011. májusi számábanÖkológiai levelek. Kutatásaik azt mutatják, hogy a fán élő békafajok diverzitásának mértéke egy régióban összefügg az adott helyen található facsíkcsoport evolúciós történetével.


Például,dr. Akinekazt mondta, hogy a békák már 60 millió éve léteznek az Amazonas -medencében. Ez a régió is gazdag fabogárfajokkal rendelkezik. Más trópusi esőerdőkben, mint Közép-Amerikában és Észak-Ausztráliában, viszonylag alacsony a fafajok sokszínűsége, és ezeken a helyeken az ezekre a békákra vonatkozó DNS-adatok azt mutatják, hogy evolúciós történelmük nem olyan mélyen gyökerező, mint az Amazonas-medence fabékák.

Hypsiboas rufitelus, egy béka Panamában. Közép -Amerikában olyan buja trópusi esőerdők találhatók, mint az Amazonas, de a fa békák sokfélesége. Az új kutatások azt mutatják, hogy Közép -Amerikában az Amazóniához képest alacsony a diverzitás, mivel a békák Amazóniából származnak, és a közelmúltban kolonizálták Közép -Amerikát. Kép és felirat: John Wiens.


Hypsiboas rosenbergi, Panamában fényképezett gladiátorfa béka. A hím gladiátorfabéka hüvelykujjszerű gerincei megnagyobbodtak, és harcolni fognak egymással. Kép és felirat: John Wiens.

A ForVM megkérdezte Dr. Wienst a biológusok hagyományos gondolkodásáról arról, hogy egyes helyeken miért nagyobb a fajok sokfélesége, mint másokban.

A szó szoros értelmében tucatnyi hipotézist javasoltak annak megmagyarázására, hogy egyes helyek miért változatosabbak, mint mások, mivel ez az egyik legfontosabb kutatási kérdés az ökológia területén. Ezek a hipotézisek olyan területeket foglalnak magukban, mint a terület, a zavar, a kedvező éghajlat és a fajok közötti kölcsönhatások. A probléma az, hogy e hipotézisek közül soknak nincs sok köze azokhoz a folyamatokhoz, amelyek ténylegesen új fajokat hoznak létre, mert ezeket a folyamatokat (például a fajlagosítást) általában evolúciós biológusok vizsgálják, nem pedig ökológusok.

Például az élőlények sok csoportjában általában több faj található a viszonylag meleg és nedves helyeken, például a trópusi esőerdőkben. A virágos növények jó példa erre. A kedvező éghajlat azonban önmagában nem hozhat létre új fajokat a levegőből (vagy akár a meleg párás levegőből!). Valamilyen kölcsönhatásnak kell lennie az éghajlat és az új fajok keletkezéséhez kapcsolódó folyamatok között.




Milyen következetlenségek voltak azokban a hagyományos elméletekben, amelyek arra késztették Wienset és kollégáit, hogy folytassák új kutatási irányukat?

Amit a békáktól megtudtunk, az az, hogy pusztán a meleg, trópusi éghajlatban tartózkodás nem elegendő ahhoz, hogy megmagyarázza a magas fajgazdagságot egyes trópusi esőerdőkben, például az Amazonas -medencében.

Azt tapasztaljuk, hogy sok olyan helyen, ahol szép, nedves, meleg trópusi esőerdők vannak, beleértve az ausztráliai, közép -amerikai és délnyugat -amerikai északnyugati esőerdőket, ugyanannyi faj található, mint a mérsékelt égöv egyes helyein.

Egy tényező magyarázhatja az Amazonas -medence magas [faj] gazdagságát, de ezen egyéb trópusi területek alacsony [faj] gazdagságát is: az az idő, amelyet elpusztít[1]minden régióban jelen voltak. Sok faj található az Amazonas -medencében, mert sokféle békacsoport létezik már olyan régóta. [A békák] azonban újabban meghonosították ezeket a [trópusi] régiókat. Ezeknek a nemrégiben gyarmatosított régióknak sokkal kevesebb idejük volt a fajgazdagság kiépítésére, annak ellenére, hogy nedves trópusi esőerdőik lehetnek, mint az Amazonas -medencében.


Dendropsophus ebraccatus, egy kis fabéka Panamában. A trópusi esőerdők számos közösségében drámai különbségek mutatkoznak a testméretben a különböző fabékafajok között, kezdve a nagyjából tenyérnyi (pl.Hypsiboas rosenbergi) nagyjából bélyegkép méretűre (mint sok fajDendropsophus). Kép és felirat: John Wiens.

Osteocephalus heyeri, egy béka az amazóniai Kolumbia régióban. Ez a régió a legnagyobb fajgazdagságú fabéka (és valószínűleg a békák általában) a bolygón. Úgy tűnik, ez a nagy gazdagság abból fakad, hogy több tízmillió év alatt együtt éltek a békacsoportok! Képhitel: Dan Moen. Felirathitel: John Wiens.

A ForVM megkérdezte Wienstől, hogy egy adott földrajzi helyen a fajok sokféleségének gazdagsága miért függ attól, hogy mennyi ideig hozták létre ezt a fajcsoportot.

Az az elképzelés, hogy egy csoportnak több faja lesz egy olyan helyen, ahol már régebben lakott, valóban a legegyszerűbb magyarázat a fajgazdagsági mintákra. Hacsak bizonyos régiókban általában nem fordul elő magasabb fajlagos vagy kihalási arány, mint más régiókban, akkor mindig több fajra kell számítania a hosszabb ideig gyarmatosított régióban.


Úgy tűnik, hogy a fajok akkor fordulnak elő leggyakrabban, ha földrajzi tartományukat ketté osztják, és ez úgy néhány millió évente történik. Egy olyan régióban, ahol 50 millió éve jelen vannak a békák, és spekulálnak, sokkal több fafajnak kell lennie, mint annak, ahol csak 10 millió éve élnek békák. Bizonyos értelemben az idő jelentősége nyilvánvalónak tűnik. De meglepő módon az idő valóban kiesett az előnyből, mint az utóbbi évtizedekben a fajok sokféleségének mintázatának lehetséges magyarázata az ökológusok körében, olyannyira, hogy a legtöbb tanulmány nem is fáradozik annak tesztelésével.

Valójában ez az elképzelés, miszerint az idő fontos, egyáltalán nem új ötlet. Amit azonban most kimutattunk a békák tanulmányozásával, az az, hogy az idő fontossága nemcsak a nagyméretű földrajzi régiókra (például a kontinensekre) vonatkozik, hanem sokkal kisebb térbeli skálákra is, mint például a csak néhány kilométeres területek.

A fabéka nemzetség két fajaDendropsophusBrazílíából (D. mínuszbal oldalon,D. nanusjobbra).DendropsophusA fajok általában nagyon kicsik, és e két faj felnőttjei nem sokkal nagyobbak, mint egy miniatűr. Sok fajDendropsophushasonló testmérettel fordulnak elő Dél -Amerika legkülönbözőbb közösségeiben, és kevés bizonyíték van arra, hogy a hasonló fajok versenyképesen kizárják egymást. Kép és felirat: John Wiens.

Annak érdekében, hogy teszteljék elméletüket, miszerint a fán élő békafajok sokfélesége egy régióban összefüggésben áll a fabéka evolúciós történetével az adott régióban, Wiens és munkatársai a világ 123 helyszínén gyűjtöttek adatokat a fatrogányfajok populációméretéről. A fa békák - magyarázta Wiens - különösen fontos csoport, amelyet tanulmányozni kell, mert egyes esőerdőkben az összes kétéltű faj csaknem felét teszik ki.

A csapat elemezte a fajgazdagságra vonatkozó adatokat egy új „bogár evolúciós fa” felépítésével - ez egy elágazó diagram, amely a különböző fajok evolúciós kapcsolatait mutatja be 360 ​​fabogár faj DNS -szekvenciájának adatai alapján. Ez az elemzés feltárta a világ különböző helyszínein, hogy mennyi ideig hoztak létre egy fajcsoportot egy adott helyen.

Hogyan használják a DNS -szekvenciaadatokat evolúciós fa létrehozásához és a fajcsoportok életkorának megállapításához? - mondta Wiens,

Hogy egy hosszú és összetett történetet röviden és többé-kevésbé egyszerűvé tegyünk, az adott gén DNS-szekvenciájának mutációi megmondhatják, hogy a fajok milyen rokonságban állnak egymással, és milyen régen különböztek egymástól. Például, ha két faj egy adott génben olyan mutációt mutat, amellyel más faj nem rendelkezik, ez azt jelzi, hogy valószínűleg egymás legközelebbi rokonai.

A különböző gének sok különböző mutációjából származó információk egyesítésével rekonstruálhatunk egy evolúciós fát több száz faj számára, például azt, amelyet a békák számára rekonstruáltunk. Azt is tudjuk, hogy általános összefüggés van a fajok közötti régebbi elválás és a közöttük lévő mutációs különbségek között - kevés különbség van a közelmúltban kettészakadt fajok között, és sok különbség van azok között, amelyek több tíz vagy száz millió évvel ezelőtt. Így létezik egy általános molekuláris óra, és most kifinomult statisztikai módszerekkel számolhatunk azzal a ténnyel, hogy ez az óra nem tartja a tökéletes időt.

Sok minden történthíreknemrég arról, hogy a kétéltűek rekord ütemben csökkennek világszerte. Ez hatással volt a csapat által használt adatokra? És hogyan befolyásolja ez a hanyatlás a sokféleséget a világ különböző pontjain?

Számos becslésünk a közelmúltban bekövetkezett visszaesést megelőző irodalmi rekordokon alapul.

Első kézből láttam az élőhelyek pusztulását és betegségeit (plchytrid gomba) elpusztíthatja a fajok többségét egy adott helyen. Tehát, hogy egy szembeötlő példát említsek, az Amazonas -medence (Santa Cecilia, Ecuador) legmagasabb fafajú sokszínűségével megbeszélt webhelyet már 20 évvel ezelőtt erdőirtották, amikor meglátogattam! Amikor a kilencvenes évek elején ott jártam, csak a töredékét találtuk meg azoknak a fajoknak, amelyeknek jelen kellett volna lenniük. Szívszorító volt. Szerencsére vannak más olyan helyek is, amelyek változatlanok, de ezek nem tartanak örökké, ha az Amazonas nyugati részén az erdőirtás nem áll meg.

Hypsiboas hobbsi, egy béka, amelyet Kolumbia amazóniai régiójában fényképeztek. Ez a régió a legnagyobb fajgazdagságú fabéka (és valószínűleg a békák általában) a bolygón. Úgy tűnik, ez a nagy gazdagság abból fakad, hogy több tízmillió év alatt együtt éltek a békák. Képhitel: Dan Moen. Felirathitel: John Wiens.

A ForVM megkérdezte Wiens -t, feltételezve, hogy a fák béka élőhelye zavartalan marad, a nagy fajok sokféleségű helyein élő populációk nagyobb valószínűséggel tudják legyőzni a kétéltűek pusztulásában szerepet játszó stressztényezőket?

.Ameddig az élőhely érintetlen marad, úgy gondolom, hogy a túlélés legnagyobb kihívása, amellyel a békafajok most szembesülnek, a chytrid gombafertőzés és a globális felmelegedés. A Chytrid gomba a legpusztítóbb a béka sokszínűségre a trópusi Közép -Amerika és Dél -Amerika magasabb szintjein. Tehát az Amazonas-medence sokféle diverzitású síkvidéke jó lehet.

Az, hogy mi fog történni a globális felmelegedéssel szemben, még mindig bizonytalan, és a békafajok világszerte veszélyben lehetnek ettől. Ez egy nagyon ijesztő kilátás.

Nem tudok bizonyítékról arra, hogy a változatosabb helyeken élő fajok populációi jobban tolerálják a stresszt, de ez egy érdekes ötlet.

Alkalmazhatók -e a fabéka -adatok elemzésére használt módszerek más organizmusok hasonló adataira?

Teljesen. A módszerek szinte minden élőlénycsoportra alkalmazhatók. A szükséges kritikus információk (egy adott organizmuscsoport esetében) a helyi sokféleség több régióban, több helyszínen, és egy részletes evolúciós fával, amely eltérési idővel rendelkezik. Ezeknek már rendelkezésre kell állniuk több tucat szervezetcsoport számára.

Hypsiboas ranicepsz, Brazíliában fényképezett fabéka. A dél -amerikai esőerdők jellemzően sok fajt tartalmaznak a béka öt -hat fő csoportjából. Ezek a csoportok több tízmillió éve élnek együtt, ami rendkívüli fajgazdagsághoz vezet egyes helyeken. Ez a nagy sokszínűség azonban a következő néhány évtizedben elveszhet az emberi hatások miatt, és tízmillió évbe telhet, amíg helyreáll. Kép és felirat: John Wiens.

A ForVM rákérdezett Dr. Wiensre a jövőbeli tervekről ezen a területen.

Az általam végzett kutatások nagy része, akár egyedül, akár diákjaimmal, posztdoktoraimmal és más munkatársaimmal, azon kérdésekre összpontosít, hogy miért vannak bizonyos helyeken több faj, mint másokban.

A legjobban izgatott projektek közül néhány jelenleg megpróbálja megérteni a sivatagok fajok sokféleségét, és azt, hogy miért van sokkal több faj a szárazföldön, mint az óceánban.

Azt is várom, hogy részletesebb tanulmányokat készítsek a fa békák sokféleségéről, valamint azokról a mechanizmusokról és folyamatokról. Végül továbbra is megpróbálom megérteni, hogy miért van több faj a trópusokon. Ez kemény dió!

Hypsiboas albomarginatus, Brazíliában fényképezett fabéka. Az Amazonas -medence és Brazília délkeleti részének esőerdőiben mind rendkívüli helyi gazdagságban vannak elutasított békák és más békák, látszólag azért, mert mindkét régiót a békák gyarmatosították a dinoszauruszok kihalása óta. Kép és felirat: John Wiens.

Soha nem volt teljesen világos, hogy egyes régiók miért gazdagabbak a fajokkal, mint mások. John Wiens, a New York -i Stony Brook Egyetem tudósa és kollégái új szemszögből vizsgálták a problémát, és elemezték a világ 123 pontján található 360 béka adatait. Eredményeiket a 2011. májusi számában tették közzéÖkológiai levelek, azt mutatják, hogy a békák esetében a fajok sokszínűségének gazdagsága egy régióban összefügg azzal, hogy mennyi ideig hoztak létre fajcsoportot ezen a területen. Azok a technikák, amelyeket Wiens és csapata kifejlesztett a békaelemzéshez, más állatok és növények tanulmányozására is alkalmazhatók.

Vissza a bejegyzéshez 1A fabéka „család” tudományos neve.

Osteocephalus planiceps, egy béka az amazóniai Kolumbia régióban. Ez a régió a legnagyobb fajgazdagságú fabéka (és valószínűleg a békák általában) a bolygón. Úgy tűnik, hogy ez a gazdagság abból adódik, hogy több tízmillió év alatt együtt éltek a békacsoportok. Képhitel: Dan Moen. Felirathitel: John Wiens.

A béka, amely újra fejlődött, hogy visszanyerje hiányzó fogait

Andrew Blaustein a Föld eltűnő kétéltűiről

Hat haiti béka, eltévedt és most megtalálták

Tyrone Hayes felvázolja a kapcsolatot a béka és az emberi egészség között

Az éghajlatváltozás ostorcsapása a médiában