Enorm Evolution Study Forces oss att tänka på när jordens arter utvecklas

Under de senaste månaderna har biologer från Michigan till Kalifornien kört datorsimuleringar dag och natt och försöker kompilera fiskens största evolutionära familjeträd i fältets historia. Nu, cirka 30 000 fiskarter senare, publiceras resultaten i Natur, och de kallar ett årtionde evolutionärt antagande ifrågasatt.

Biologer hade länge märkt ett geografiskt mönster när det gäller hur arten bildas. Varma tropiska platser tenderar att ha mycket fler sorter av arter än kalla, karga. "Skillnaden i artdiversitet från polerna till tropikerna är en av de" stora mönstren "i biologi", förklarar huvudstudent författare och University of Michigan zoologisten Daniel Rabosky, Ph.D. i ett mail till Omvänd. "Även icke-vetenskapsmän vet att tropikerna är kända för sin enastående biologiska mångfald."

Men Raboskys nya tidning, publicerad onsdag, har en ny tanke på den gamla teorin. Det jätte fiskfamiljträdet föreslår att det verkligen är kallaste platser på jorden - inte de tropiska - det är hotbeds för nya arter.

Den röda drottningen körs snabbare när det är varmt

Försök att förklara den biologiska mångfalden i troperna har delvis vilat på tanken om en "breddgradgradientgradient". Det betyder i grunden att det finns en hot spot för speciering på vår planet mitt i mitten, som sträcker sig över ekvatorn. Detta beror dock inte på att tropikerna är ett bra ställe att leva.

Tidigare studier tyder på att interaktioner mellan parasiter, rovdjur och andra hot mot överlevnad är starkare i troperna, vilket gör att det naturliga urvalet fungerar dubbelt så snabbt för att fortsätta alla dessa hot, säger Rabosky. Detta är i sin tur det som har lett till mångfalden av tropiska fiskarter vi alla vet och älskar. Biologer, som alltid gillade konceptuella analogier, gillar att jämföra processen med en scen i Lewis Carrolls Genom Look Glass när Alice utmanas till en tävling mot den röda drottningen:

"En långsam typ av land!" Sa drottningen. "Nu ser du, det tar allt springande du kan göra, för att hålla dig på samma plats. Om du vill komma någon annanstans måste du springa minst dubbelt så fort som det!"

Från denna något excentriska analogi kommer konventionell visdom i evolutionärbiologi: Den röda drottningen körs snabbare när den är het. Det är tills nu, eftersom Raboskys forskning vägrar allt detta.

En ny modell för speciering

Efter att ha konstruerat och analyserat det evolutionära trädet slog Rabosky och hans team slutsatsen att fisk som lever i polarvatten faktiskt bildade nya arter dubbelt så snabbt som i tropiska vatten.

Hur lyckades detta team hitta övertygande bevis som strider mot århundraden av evolutionsteorin? De började genom att analysera tillgängliga DNA-data från cirka 5000 arter av fisken och sedan använde de andra placeringsmetoder för att uppskatta var de återstående fisken skulle passa i släktträdet. Att köra ett statistiskt analysprogram som heter BAMM på det "släktträdet" beräkna hur snabbt arter avviker från varandra genom att jämföra skillnader i deras DNA: i allmänhet kan det antas att de mindre DNA-tvåa arterna delar desto mer tid har gått sedan de "divergerade "Från en enda art till två separata.

"Detta träd är mycket större än någon tidigare studie på fiskar", säger Rabosky. "Det gjorde det möjligt för oss att uppskatta vilka sorters arter som bildas med mycket större noggrannhet än tidigare studier." Hans banbrytande upptäckt har dock en fångst: Det finns ingen bra förklaring till det ännu.

Rabosky och hans lag är fortfarande inte helt säkra på varför snedställningen är snabbare i polerna. Han föreslår att det kan koka ner till tanken att svåra polära förhållanden - som glaciations och permanent istäckning - ledde till en serie massutrotningar som öppnade dörren för nya arter att bilda. Han kallar detta en "rebound-effekt".

"Kanske utrotning torkar ut arter med höga breddgrader i snabb takt, men nya arter bildar för att fylla de ekologiska nischerna inte för länge efter att de töms ut genom utrotning," förklarar han.

Betydande, trots att arter i polerna avviker snabbare än de i lägre breddgrader, hade de tropiska regionerna fortfarande fler mångfald av arter övergripande. Rabosky kallar denna "artrikedom", som hittills alltid förklarats av antagandet att arten tenderade att avvika snabbare i troperna. Raboskys fynd pekar nu hål i detta, men det finns ingen robust alternativ förklaring.

För närvarande verkar det som om den röda drottningen kan springa oavsett vilken temperatur det är. Faktum är att hon kanske kan springa fortare när det är fritt ute.