Када је млади природословац Алфред Р. Валлаце напустио Енглеску да би истражио Нови свет 1848. године, једно од његових кључних запажања у Амазонској регији било је да велике реке представљају ненадмашне препреке за неке врсте животиња, посебно примате и птице. Што је још занимљивије, приметио је да су уско сродне врсте често окупирале шуме на супротним странама реке, али никада нису заједно пронађене.
Заиста, постоје стотине примера пара-речних парова међу амазонским птицама, феномен који није виђен нигде другде на Земљи. Скоро једна трећина од око 240 врста птица које иначе обитавају у шумама с једне стране доњег Рио Негра у Бразилу замењене су сродном врстом с друге стране. На пример, на левој обали видећете црно-пегаве барбете ( Цапито нигер ) са црвеним грлима . На десној обали видјет ћете само уско повезане Гуилдед Барбетс ( Цапито ауратус ) с наранчастим грлима .
Барбете са црним мрљама и цехом живе раздвојене, раздвојене доњим Рио Негро и Рио Бранцо у бразилској Амазони. (Андреза Силва) Амазонске реке очарале су ме од када сам први пут посетио регион 1999. године и био сам главни фокус мог истраживања као тропски биолог. Очарали су ме замјенски обрасци које је Валлаце описао, и провео сам безброј сати проучавајући мапе дистрибуције птица.
Упркос годинама проучавања, међутим, еволуцијски биолози и даље нису сигурни у какву су улогу реке играле у процесу спецификације у Амазонији. Да ли реке стварају нове врсте? Или једноставно делују као секундарне баријере, пружајући природне границе врстама формираним другде? Да ли се све ове упарене линије разликују у исто време, подељене заједничком баријером? Или је свака врста слиједила свој еволутивни пут?
Студија се фокусирала на врсте птица чије су дистрибуције омеђене двема биогеографским баријерама: рио-црном и риом Бранком, смештеним у гвајанском штиту у северној Амазонији. (Нака и остали) Ово су питања која су водила моје колеге и мене када смо кренули да истражујемо Рио Негро, који је још увек један од најлепших региона Амазоније. Попут експедиција које су водили раније природњаци, и наша су укључивала дуга путовања бродом до удаљених локација. Али били смо наоружани рачунарима, дигиталним сликама, ГПС уређајима, дигиталним аудио снимачима и течним азотом да би се узорци држали на врло ниским температурама док нисмо могли да извршимо генетску анализу назад у лабораторији. Наш план је био да се користе узорци ткива од птица са супротних страна реке да би се проценила њихова еволуциона историја.
Развија се од једне до две врсте
Гледајући количину генетске диференцијације између појединаца на различитим банкама, савремени природњаци могу открити колико је времена прошло од када су ове популације започеле своју независну еволуцијску историју. Оно са чиме се биолози не могу сложити је улога коју су ове реке играле у историји еволуције врста које тренутно деле.
Једна очигледна могућност је да је низ формираних врста пресекао новоформирана река, изоловајући велике делове шуме. Популације становништва ће се полако мењати и разликовати једна од друге. С обзиром на довољно времена, њихове разлике постале би довољно велике да се више нису препознавали као потенцијални другови с којима би упаривали и одгајали потомство - постали би различите врсте. Ова идеја је постала позната као хипотеза о ријечној баријери. То је најстарије објашњење зашто у Амазонији има толико врста
Алтернативни модел сугерише да реке делују као секундарне баријере. Према овој идеји, иако су тренутно важне за дефинисање географских ограничења врста, реке немају никакве везе са почетним одвајањем те популације предака.
Ипак је тешко не поставити најочигледније питање. Птице се укључују у епске велике удаљености и могу путовати од пола до пола. Како на свету може Амазонска река, чак и велика, представљати велику препреку? Зар птице не могу једноставно да лете преко реке, да се поновно споје са родбином и избегну да постану две различите врсте?
Кратак одговор очигледно није. За многе врсте у којима живе шуме, реке заиста изгледају као непремостиве препреке. Експерименти показују да многе врсте птица нису способне да прелете ни стотину метара преко отвореног пејзажа, а камоли да пређу неколико километара моћне реке Амазоније.
Испитивање улоге река у еволуцији птица
Наш први корак је био мапирање тачне локације успона за надокнађивање ових пара. Познато је да су сви проучени парови саобраћали доњим Рио Негро, који се на неким местима креће и до 10 километара. Без обзира на то, река је много ужа и обрасци замене постају компликованији, укључујући мање реке.
Када су разлике између популација релативно велике - попут образа шљива, боја или песама често се сматрају различитим врстама. Кад су разлике суптилне - попут величине или перје нијансе или тона - орнитолози их сматрају различитим подврстама. Било да су парови врста или парови подврста, биолози их називају „паровима својти“.
Први корак је био мапирање обрасца супституције птица. Иако су сви парови тренутно ограничени доњим Рио Негро-ом, постоје различити узорци замене узводника, укључујући Рио Бранцо. (Нака и остали) Детаљно смо истражили 74 пара таксона чији су распони подељени различитим комбинацијама Рио Негро и његове највеће притоке, Рио Бранцо. Ове две реке су биогеографске препреке за десетине врста птичје врсте. Након више од деценије теренског рада и уз допринос главних бразилских и америчких музеја и збирки, наш тим је добио дистрибутивне и генетске податке за скоро све врсте птица и подврста птица које су се разликовале на обе стране реке.
Ми смо закључили да ако би река пресекла пејзаж и одвојила много популација птичара истовремено, парови би требало да представљају отприлике слична времена дивергенције. Ако су реке деловале као секундарне баријере, парови ће вероватно представљати читав низ година. У овом случају, парови би могли бити старији од ријека које тренутно ограничавају своје дистрибуције, јер према овом моделу, изворна подјела врсте на двије особе не овиси о настанку ријеке.
Истраживачи су користили молекуларне податке да би утврдили колико се одавно сваки од 74 пара птица разишао. Водоравне шипке покривају вјеродостојне интервале узимајући у обзир временске несигурности. Већина парова раздвојена је много прије него што су двије ријеке постојале у садашњим облицима. (Нака и остали) Користили смо временски калибриране молекулске податке да бисмо отприлике схватили када је сваки од наших 74 пара повезаних птица еволуцијски кренуо својим засебним путевима. Неки гени мутирају предвидљивим и постојаним брзинама, омогућавајући научницима да процене време које је протекло откад се било који пар организама разишао. Што је више промена у њиховим генима, дуже је прошло откад деле заједничког претка. То је попут гледања онога што истраживачи називају "молекуларним сатом".
Гвајански Тоуцанет (Селенидера пиперивора) замењен је туканетом (С. наттерери) у овом региону. Ово је најстарији пар у анализи, раздвојен пре око 8 милиона година. (Луциано Ницолас Нака) Када смо погледали молекуларне сатове наших узорака птица, открили смо да се догађаји дивергенције нису групирали у одређеном временском оквиру. Уместо тога, они су се кретали од 0, 2 до 8 милиона година пре. Тако да је мало вероватно да су сви парови птичара тренутно подељени заједничком баријером, попут црнаца или Бранка, настали генезирањем тих река.
Надаље, геоморфолошки подаци сугерирају да су ове ријеке релативно недавно успоставиле свој тренутни положај. Приближни датуми за Рио Негро су око милион година, док је Рио Бранцо очигледно много новији, око 20.000 година. Због тога се чини да су обе реке много млађе од већине парова птица које тренутно деле, подржавајући модел секундарне контактне баријере: Реке данас одржавају границу, али време показује да нису могле бити одговорне за почетно раздвајање већине парова птичара студирали смо.
С друге стране, чини се да Рио Негро има милионску историју овде. Наши модели не могу одбити уобичајени догађај диверзификације који се догодио отприлике у том узрасту за 12 парова тактичких птица, чија је ДНК указивала да су се разишли у последњих милион година. Дакле, иако порекло већине проучаваних парова вероватно није повезано са генезом река, могуће је да је рио црнац, посебно, представљао главну баријеру за неке врсте.
Наша нова студија, објављена у часопису Сциенце Адванцес, нуди убедљиве доказе да Амазонске реке могу имати двоструку еволуцијску улогу. Они могу дјеловати као примарне баријере за неке линије, као што то предлаже хипотеза о ријечној баријери. Али чешће дјелују као секундарне баријере за већину птичјих родова. Ови резултати потичу из само једне, мада важне, амазонске регије, а сличне студије из других базена наш ће резултат ставити у шири контекст.
Овај чланак је првобитно објављен у часопису Тхе Цонверсатион.
Луциано Ницолас Нака, професор зоологије, Универсидаде Федерал де Пернамбуцо, Бразил и гостујући стипендиста, Харвард Университи
