כאשר עזב הטבע הטבע הצעיר אלפרד ר 'וואלאס את אנגליה כדי לחקור את העולם החדש בשנת 1848, אחת התצפיות העיקריות שלו באזור האמזונס הייתה כי נהרות גדולים היו חסמים בלתי ניתנים לעין עבור כמה מינים של בעלי חיים, במיוחד פרימטים וציפורים. מעניין עוד יותר, הוא הבחין שמינים קשורים זה לזה תפסו לעתים קרובות יערות משני צדי נהר, אך הם מעולם לא נמצאו יחד.
אכן, ישנם מאות דוגמאות לזוגות חוצה נהר בקרב ציפורים אמזוניות, תופעה שלא רואים בשום מקום אחר על פני כדור הארץ. כמעט שליש מכ -240 מיני הציפורים המאכלסים בדרך כלל את היערות בצד אחד של הכפר התחתית של ריו בברזיל מוחלפים על ידי מין קשור מאוד בצד השני. לדוגמא, בגדה השמאלית תוכלו לראות ברבטים עם כתמים שחורים ( Capito niger ) עם גרונות אדומים. בגדה הימנית תראו רק את הברבטים המגולדים הקשורים זה לזה ( Capito auratus ) עם גרונות כתומים.
הברבטים המנומרים והשחורים חיים בשניים, מופרדים על ידי ריו כושי התחתון והריו ברנקו באמזונס הברזילאי. (אנדראזה סילבה) הנהרות האמזונזיים ריתקו אותי מאז שביקרתי לראשונה באזור בשנת 1999 והיו המוקד העיקרי של המחקר שלי כביולוג טרופי. נשביתי בדפוסי ההחלפה שוואלאס תיארתי וביליתי אינספור שעות בחקר מפות תפוצה של העופות.
למרות שנים של מחקר, ביולוגים אבולוציוניים עדיין לא בטוחים בתפקידי הנהרות שיחקו בתהליך המיון באמזוניה. האם נהרות מייצרים מינים חדשים? או פשוט לפעול כמחסומים משניים, המספקים גבולות טבעיים למינים הנוצרים במקום אחר? האם כל השושלות המזוודות הללו התפצלו באותו זמן, מחולקות על ידי מחסום משותף? או שמא כל מין הלך בדרך האבולוציונית שלו?
המחקר התמקד במיני ציפורים אשר תפוצתם מוגבלת על ידי שני חסמים ביוגאוגרפיים: ריו כושי והריו ברנקו, שנמצאים במגן גיאנה בצפון אמזוניה. (נאקה ואח ') אלה היו השאלות שהנחו את עמיתי ואותי כשיצאנו לחקור את ריו כושי, עדיין אחד האזורים הבתוליים ביותר באמזוניה. בדומה למסעות שנערכו על ידי אנשי טבע קודמים, גם שלנו היו מסעות סירות ארוכים כדי להגיע למקומות מרוחקים. אבל היינו חמושים במחשבים, תמונות דיגיטליות, מכשירי GPS, מקליטי שמע דיגיטליים וחנקן נוזלי כדי לשמור על הדגימות שלנו בטמפרטורות נמוכות מאוד עד שנוכל לבצע ניתוח גנטי במעבדה. התוכנית שלנו הייתה להשתמש בדגימות רקמות של ציפורים משני צדי הנהר כדי להעריך את ההיסטוריה האבולוציונית שלהן.
מתפתח ממין אחד לשני
על ידי בחינת כמות ההבחנה הגנטית בין אנשים בגדות שונות, אנשי טבע מודרניים מסוגלים לאתר כמה זמן חלף מאז שהאוכלוסיות הללו החלו את ההיסטוריה האבולוציונית העצמאית שלה. מה שביולוגים לא יכולים להסכים עליו הוא איזה תפקיד נהרות אלו מילאו בהיסטוריה האבולוציונית של המינים שהם מחלקים כיום.
אפשרות אחת ברורה היא שמגוון המינים הקדמוניים פורק על ידי נהר שזה עתה נוצר, ובודד נתחי יערות גדולים. אוכלוסיות ניתוק היו משתנות אט אט ונבדלות זו מזו. בהינתן מספיק זמן ההבדלים שלהם יהפכו גדולים מספיק כדי שהם כבר לא יכירו זה בזה כבני זוג פוטנציאליים איתם ניתן להזדווג ולגדל צאצאים - הם יהפכו למינים שונים. רעיון זה התפרסם כהשערת מחסום הנהר. זה ההסבר העתיק ביותר לכך שיש כל כך הרבה מינים באמזוניה.
מודל חלופי מציע כי נהרות פועלים כמחסומים משניים. על פי רעיון זה, למרות שהם חשובים כרגע להגדרת הגבולות הגיאוגרפיים של המינים, נהרות לא היו קשורים להפרדה הראשונית של אותה אוכלוסיית אבות.
קשה שלא לשאול את השאלה הכי ברורה כאן. ציפורים עוסקות בנדידה אפית למרחקים ארוכים ומסוגלות לנסוע מקוטב לקוטב. כיצד בעולם יכול נהר אמזוני, אפילו גדול, לייצג הרבה מחסום? האם הציפורים אינם יכולים פשוט לעוף מעבר לנהר, להתאחד עם קרוביהם ולהימנע מלהפוך לשני מינים שונים?
התשובה הקצרה היא, ככל הנראה, לא. עבור מינים רבים השוכנים ביער, נהרות אכן נראים כחסמים בלתי ניתנים להשגה. ניסויים מראים שמיני ציפורים רבים אינם מסוגלים לטוס אפילו מאה מטר מעל נוף פתוח, קל וחומר לחצות כמה קילומטרים של נהר אמזוני אדיר.
בחינת תפקידם של נהרות בהתפתחות העופות
הצעד הראשון שלנו היה למפות את המיקום המדויק של החלפות הזוגות במעלה הנהר. כל הזוגות שנחקרו היו ידועים כמחליפים בכל רחבי ריו כושי התחתון, ששטחים רחבים כמו 10 ק"מ בחלק מהמקומות. עם זאת, במעלה הנהר, הנהר צר הרבה יותר ודפוסי החלפה מסתבכים יותר, וכוללים נהרות קלים.
כאשר ההבדלים בין אוכלוסיות גדולים יחסית - כמו דפוסי פלומה, צבעים או שיר - זוגות נחשבים לרוב למינים שונים. כאשר ההבדלים הם עדינים - כמו גודל או גוון נוצה או גוון - אורניטולוגים נוטים לשקול אותם תת-מינים שונים. בין אם זוגות מינים או זוגות תת-מין, הביולוגים מתייחסים אליהם כאל "זוגות המוניות".
השלב הראשון היה למפות דפוסי החלפת העופות. למרות שכל הזוגות מוגבלים כרגע על ידי ריו כושי התחתון, ישנם דפוסי החלפה שונים במעלה הנהר, כולל הריו ברנקו. (נאקה ואח ') חקרנו בפירוט 74 זוגות טקסות שטווחיהן חולקו על ידי שילובים שונים של הכושי ריו והיובלה הגדול ביותר שלו, ריו ברנקו. שני הנהרות הללו הם שניהם מחסומים ביוגאוגרפיים עבור עשרות מיני עופות. לאחר יותר מעשור של עבודות שטח, ובתרומת מוזיאונים ואוספים גדולים בברזיל וארה"ב, הצוות שלנו השיג נתונים תפוציים וגנטיים עבור כמעט כל מיני הציפורים ותת-המינים השונים משני צידי הנהר.
הסברנו שאם נהר ינתח את הנוף והפריד בין אוכלוסיות עופות רבים בו זמנית, זוגות צריכים להציג זמנים דומים של בערך. אם נהרות נהגו כמחסומים משניים, זוגות ככל הנראה יציגו חבילת גילאים שלמה. במקרה זה, זוגות יכולים להיות מבוגרים מהנהרות שכובלים כיום את תפוצתם, מכיוון שלפי מודל זה החלוקה המקורית של מין לשניים אינה תלויה בהופעתו של הנהר.
החוקרים השתמשו בנתונים מולקולריים כדי לקבוע לפני כמה זמן התגלה כל אחד מ -74 זוגות הציפורים. סורגים אופקיים מכסים מרווחים אמינים, תוך התחשבות בחוסר ודאות בתזמון. מרבית הזוגות נפרדו הרבה לפני ששני הנהרות התקיימו בצורתם הנוכחית. (נאקה ואח ') השתמשנו בנתונים מולקולריים מכויל-זמן כדי להבין בערך כאשר כל אחד מ -74 זוגות הציפורים הקשורות לנו הלך בדרכו הנפרדת, מבחינה אבולוציונית. חלק מהגנים משתנים בשיעורים קבועים וצפויים, ומאפשרים למדענים להעריך את הזמן שחלף מאז התפוגג כל זוג אורגניזמים נתון. ככל שיש יותר שינויים בגנום שלהם, כך עבר זמן רב מאז שהם חולקים אב קדמון משותף. זה כמו להסתכל על מה שחוקרים מכנים "שעון מולקולרי."
Toucanet Guianan (Selenidera piperivora) מוחלף על ידי Toucanet-tufted-Tuft (S. nattereri) באזור זה. זהו הצמד העתיק ביותר בניתוח, שהופרד לפני 8 מיליון שנה. (לוסיאנו ניקולה נאקה) כאשר התבוננו בשעונים המולקולריים של דגימות הציפורים שלנו, גילינו כי אירועי שונות לא היו מקובצים במסגרת זמן מסוימת. במקום זאת הם נעו בין 0.2 ל 8 מיליון שנה. לכן אין זה סביר שכל זוגות העופות המתחלקים כיום על ידי מחסום משותף, כמו הכושי או הברנקו, נוצרו כתוצאה מהיווצרותם של אותם נהרות.
יתר על כן, נתונים גיאומורפולוגיים מעלים כי נהרות אלה ביססו את עמדותיהם הנוכחיות יחסית לאחרונה. התאריכים המשוערים עבור כושי ריו הם כמיליון שנה, ואילו ריו ברנקו ככל הנראה עדכניים בהרבה, בסביבות 20, 000 שנה. לפיכך, נראה כי שני הנהרות צעירים בהרבה מרוב זוגות הציפורים שהם מחלקים כרגע, ותומכים במודל מחסום המגע המשני: הנהרות כיום שומרים על גבול, אך העיתוי מציע שהם לא היו יכולים להיות אחראיים להפרדה בתחילה של מרבית זוגות העופות. למדנו.
מצד שני, נראה כי לריה כושי היסטוריה של מיליון שנה כאן. המודלים שלנו לא יכולים לדחות אירוע גיוון נפוץ שמתרחש בסביבות הגיל הזה במשך 12 זוגות של טקסיות עופות, שה- DNA שלהם הצביע על כך שהם התפוגגו במהלך מיליון השנים האחרונות. כך שמקורם של מרבית הזוגות שנחקרו אינו קשור כנראה לגילוי הנהרות, אך ייתכן שהריו כושי, בפרט, ייצג מחסום ראשוני עבור מינים מסוימים.
המחקר החדש שפורסם ב- Science Advances מציע עדויות משכנעות לכך שהנהרות האמזונזיים עשויים למלא תפקיד אבולוציוני כפול. הם יכולים לפעול כמחסומים ראשוניים עבור כמה שושלות, כפי שהוצע על ידי השערת המכשול הנהר. אולם בתדירות גבוהה יותר הם פועלים כמחסומים משניים עבור מרבית שושלות העופות. תוצאות אלה מגיעות רק מאזור אמזוני אחד, אם כי חשוב, ומחקרים דומים מאגנים אחרים יעמידו את תוצאותינו בהקשר רחב יותר.
מאמר זה פורסם במקור ב- The Conversation.
לוסיאנו ניקולה נאקה, פרופסור לזואולוגיה, אוניברסיטת פדרל דה פרנמבוקו, ברזיל והמבקרים במחקר, אוניברסיטת הרווארד
