若い自然主義者のアルフレッド・R・ウォレスが1848年にイギリスを離れて新世界を探索したとき、アマゾン地域での彼の重要な観察の1つは、大きな川がいくつかの種の動物、特に霊長類や鳥にとって比類のない障壁であったことでした。 さらに興味深いことに、彼は、近縁種が川の反対側の森林を占領していることが多いことに気付きましたが、それらが一緒に見つかることはありませんでした。
確かに、アマゾンの鳥の間には川を渡るペアの例が何百もありますが、これは地球上のどこにも見られない現象です。 ブラジルのリオネグロ川下流側の森林に通常生息する約240種の鳥類のほぼ3分の1は、反対側の近縁種に置き換えられています。 たとえば、左岸には、赤いのどが付いた黒い斑点のあるバーベット（ Capito niger ）が表示されます。 右岸には、オレンジのどが付いた密接に関連するギルドバーベット（ Capito auratus ）のみが表示されます。
ブラックスポットとギルドバーベットは、ブラジルのアマゾンのリオネグロ川下流域とリオブランコ川によって隔てられ、別々に住んでいます。 （アンドレザシルバ） 1999年に初めてこの地域を訪れて以来、アマゾン川は私を魅了し、熱帯生物学者としての私の研究の主な焦点でした。 Wallaceが説明した置換パターンに魅了され、鳥類の分布図の研究に数え切れないほどの時間を費やしました。
しかし、長年の研究にもかかわらず、進化生物学者はアマゾニアの種分化プロセスで川が果たした役割について不確実なままです。 川は新しい種を生み出しますか？ または、単に二次的な障壁として機能し、他の場所で形成された種の自然な境界を提供しますか？ これらすべてのペアの系統は、共通の障壁で分けられて同時に分岐しましたか？ または、各種は独自の進化の道をたどりましたか？
この研究は、分布が2つの生物地理的障壁に囲まれている鳥種に焦点を合わせました。リオネグロとリオブランコは、アマゾン北部のギアナシールドにあります。 （中他） これらは、まだアマゾニアの最も原始的な地域の1つであるリオネグロを探検しようとしたときに、同僚と私を導く質問でした。 初期の自然主義者によって行われた遠征のように、私たちは遠隔地に到達するための長いボートの旅をしました。 しかし、コンピューター、デジタル画像、GPSデバイス、デジタルオーディオレコーダー、液体窒素を使用して、ラボで遺伝子分析を実行できるようになるまでサンプルを非常に低温に保ちました。 私たちの計画は、川の反対側にいる鳥の組織サンプルを使用して、その進化の歴史を評価することでした。
1種から2種への進化
異なる銀行の個人間の遺伝的差異の量を調べることにより、現代の自然主義者は、これらの集団が独立した進化の歴史を始めてからおおよその時間を追跡することができます。 生物学者が同意できないのは、現在分割している種の進化史においてこれらの川が果たした役割です。
明らかな可能性の1つは、先祖の種の範囲が新たに形成された川によって分析され、大きな森林の塊が分離されたことです。 カットオフ人口はゆっくりと変化し、互いに区別されます。 十分な時間が与えられると、それらの違いは十分に大きくなり、子孫をペアリングして育てる潜在的な仲間としてお互いを認識できなくなり、異なる種になります。 この考えは、川の障壁仮説として知られるようになりました。 アマゾニアに非常に多くの種がある理由の最も古い説明です。
代替モデルは、川が二次的な障壁として機能することを示唆しています。 この考えによれば、川は現在、種の地理的限界を定義するのに重要ですが、川はその先祖集団の最初の分離とは何の関係もありませんでした。
ただし、ここで最も明らかな質問をしないのは難しいことです。 鳥は壮大な長距離移動に従事し、極から極へと移動することができます。 アマゾン川は、たとえ大きな川であっても、どのように多くの障壁となるのでしょうか？ 鳥は単純に川を横切って飛んで、親unと再会し、2つの異なる種にならないようにすることはできませんか？
簡単な答えは、明らかにそうではありません。 多くの森林に生息する種にとって、川は本当に乗り越えられない障壁のようです。 実験により、多くの鳥類は、数百キロメートルの強大なアマゾン川を渡るのは言うまでもなく、開いた景観を100ヤード以上も飛ぶことができないことが示唆されています。
鳥類の進化における河川の役割のテスト
最初のステップは、これらのペア置換上流の正確な位置をマップすることでした。 調査されたすべてのペアは、リオネグロ川下流域で売り上げを上げることが知られており、一部の地域では10キロメートルもの幅があります。 しかし、Upriverは川がはるかに狭く、小さな川を含む交換パターンがより複雑になります。
羽の模様、色、歌など、個体群間の差が比較的大きい場合、ペアは異なる種と見なされることがよくあります。 大きさや羽の色調などの違いが微妙な場合、鳥類学者はそれらを異なる亜種と見なす傾向があります。 種のペアであろうと亜種のペアであろうと、生物学者はそれらを「ペアの分類群」と呼びます。
最初のステップは、鳥類の代替パターンをマッピングすることでした。 すべてのペアは現在、より低いリオネグロに囲まれていますが、リオブランコを含む上流のさまざまな代替パターンがあります。 （中他） 範囲をリオネグロとその最大の支流であるリオブランコのさまざまな組み合わせで分割した74組の分類群を詳細に調査しました。 これらの2つの川は両方とも、数十種の鳥類の生物地理的障壁です。 10年以上のフィールドワークの後、ブラジルと米国の主要な博物館とコレクションの貢献により、私たちのチームは、川の両側で異なるほぼすべての鳥種と亜種の分布データと遺伝データを取得しました。
川が景観を切り裂き、同時に多くの鳥類の個体群を分離した場合、ペアはほぼ同様の分岐時間を示すはずだと考えました。 川が二次的な障壁として機能する場合、ペアは年齢層全体を示す可能性があります。 この場合、ペアは現在の分布を制限している川よりも古い可能性があります。これは、このモデルによると、2つの種の元の区分は川の出現に依存しないためです。
研究者は分子データを使用して、74羽の鳥のペアがそれぞれどのくらい前に発散したかを判断しました。 水平バーは、タイミングの不確実性を考慮して、信頼できる間隔をカバーします。 ほとんどのペアは、2つの川が現在の形で存在するずっと前に分離しました。 （中他） 私たちは、時間調整された分子データを使用して、74組の関連する鳥のそれぞれが進化的に別々の道を進んだおおよその時間を把握しました。 一部の遺伝子は予測可能な安定した速度で変異するため、科学者は特定のペアの生物が発散してから経過した時間を推定できます。 彼らのゲノムの変化が多ければ多いほど、共通の祖先を共有してから長くなります。 研究者が「分子時計」と呼ぶものを見ているようなものです。
Guianan Toucanet（Selenidera piperivora）は、この地域ではTawnyの房状のToucanet（S. nattereri）に置き換えられています。 これは、約800万年前に分離された分析で最も古いペアです。 （ルチアーノニコラスナカ） 鳥のサンプルの分子時計を見ると、特定の時間枠内で発散イベントがクラスター化されていないことがわかりました。 代わりに、彼らは0.2から800万年前に及んだ。 そのため、現在、黒人やブランコなどの共通の障壁で分割されているすべての鳥のペアが、それらの川の起源によって生成されたとは考えられません。
さらに、地形データは、これらの川が比較的最近に現在の位置を確立したことを示唆しています。 リオネグロのおおよその日付は約100万年ですが、リオブランコは明らかに最近の約2万年です。 したがって、両方の川は現在分割しているほとんどの鳥のペアよりもはるかに若いようであり、二次接触障壁モデルをサポートしています。現在の川は境界を維持していますが、タイミングは、鳥のペアのほとんどを最初に分離する責任がなかったことを示唆しています勉強しました。
一方、リオネグロには、100万年の歴史があるようです。 私たちのモデルは、12組の鳥類分類群についてその年齢付近で起こっている一般的な多様化イベントを拒否することはできません。そのDNAは、過去100万年以内に分岐したことを示しています。 そのため、研究対象となったほとんどのペアの起源は、河川の起源とは関係がないと思われますが、特にリオネグロは、いくつかの種の主要な障壁となっている可能性があります。
Science Advancesに掲載された新しい研究は、アマゾン川が二重の進化的役割を果たしている可能性があるという説得力のある証拠を提供しています。 それらは、川の障壁仮説によって提案されているように、いくつかの系統の主要な障壁として機能することができます。 しかし、より頻繁に、それらはほとんどの鳥類の血統の二次的な障壁として機能します。 これらの結果は、重要ではあるものの、アマゾン地方の1つのみからのものであり、他の流域からの同様の研究により、私たちの結果はより広い文脈に置かれます。
この記事はもともとThe Conversationで公開されました。
ルチアーノ・ニコラス・ナカ、ブラジル、ペルナンブコ連邦大学動物学教授、ハーバード大学客員研究員
