安第斯山脉和巴西大西洋热带雨林生物群落的热带森林被Chaco,Cerrado(巴西稀树草原)Caatinga(巴西半干旱)生物群落中的近1000公里干燥区域隔开,植被开阔。今天,这些热带森林没有联系,但它们共享密切相关的物种和谱系这一事实表明这些生物群落在过去是相互联系的。例如,在安第斯和大西洋热带森林中发现了23种雨林鸟类。
一些已发表的研究强化了这种假设。科学家们不确定的是,这种联系是否包括现在的Chaco(横跨玻利维亚南部,阿根廷北部和巴拉圭)或Cerrado(部分玻利维亚,巴西中西部和巴拉圭北部)。
根据一项基于两种鸟类(Syndactyla rufosupercilita和S. dimidiata)的基因组学和生物地理数据的新研究,安第斯和大西洋热带森林之间的过去联系贯穿了塞拉多。在更新世时期,这种联系可能已经出现过几次,地质时代从大约250万年前持续到11,700年前。
该研究是阿根廷自然科学博物馆(MACN)的鸟类学家Gustavo Cabanne与巴西圣保罗大学生物科学研究所(IB-USP)教授Cristina Yumi Miyaki合作开展的一项研究项目的一部分。该研究的结果发表在Molecular Phylogenetics and Evolution杂志上。
该团队得到了圣保罗研究基金会 - FAPESP的支持,通过FAPESP生物多样性表征,保护,恢复和可持续利用研究计划(BIOTA-FAPESP),巴西国家科学和技术发展委员会(CNPq)以及阿根廷国家科学研究所和技术研究委员会(CONICET)。
该研究小组还包括隶属于巴西若干机构的科学家(米纳斯吉拉斯联邦大学,米纳斯吉拉斯天主教大学,巴西利亚大学和帕拉的Emilio Goeldi博物馆),玻利维亚(圣安德烈斯大学和国家自然历史博物馆),美国(美国自然历史博物馆和康奈尔大学)和加拿大(Royal Ontario Museum)。
生物地理学研究生物,纬度,海拔和气候之间的关系。
古生物地理学侧重于远程时代的物种分布和关系。了解当前居住在某些生物群落中的物种的古生物地理学可以帮助科学家在过去推断出这些生物群落的分布。
“生物地理研究的主要挑战是整合和解释从若干来源获得的信息,例如所分析物种的生物成分和基因组数据,地质和古气候,孢粉学[花粉和孢子],甚至卫星图像的遥感数据,“Miyaki说。
“我们需要收集和分析所有这些类型的数据,以便研究安第斯和大西洋热带森林之间存在古老联系的假设,并测试这种连接是否通过Cerrado或Chaco。这种联系可能包括在内在更新世期间,画廊森林将成为穿越更干旱的生物群落的湿地植被遗迹。“
根据Cabanne的说法,安第斯和大西洋热带森林之间存在联系,其中包括孢粉学研究等,根据这些研究,在最近的冰川周期中,两个森林在某些地区(如塞拉多)向安第斯山脉短暂扩张。和最后一次冰期最大值,即过去250万年中发生的各种冰河时期中最冷的时期(已确定至少11个)。
“在过去的生物地理背景下,安第斯和大西洋热带森林可能起到了避难所的作用。它们的动态历史[连接和隔离周期]可能是新热带[一个包括中美洲和南美洲,加勒比地区的区域]的物种形成的重要驱动因素。和墨西哥和美国的部分地区],“Cabanne说。
在目前的间冰期,Cabanne解释说这些生物群落代表了森林的避难所,预计这两个生物群落中的孤立生物都会分化。在更新世冰期,两个森林都相连,允许森林域之间的基因流动。
遗传和计算分析
在Molecular Phylogenetic&Evolution发表的研究中,研究人员选择研究Buff-browed Foliage-gleaner,一种新世界烤箱,其学名是Syndactyla rufosuperciliata,属于Passeriformes和家庭Furnariidae的雀形目鸟类,其他烤箱也是如此。如在阿根廷,玻利维亚,巴西,厄瓜多尔,巴拉圭,秘鲁和乌拉圭发现的红褐色角羊(Furnarius rufus)和其他230种。该分类中有五个公认的亚种。
“S. rufosuperciliata是探索安第斯 - 大西洋森林连接的合适模型,因为它栖息在主要森林领域和可能直接参与桥接的区域:查科东部的画廊森林和部分地区。塞拉多南部,“Cabanne说。
研究人员利用小生境模型来研究两个地区之间的历史连通性。然后,他们使用来自71只鸡的DNA序列和来自其他33个样本的样本的基因组分析来评估群体的遗传结构和物种内的基因流。最后,他们借助近似贝叶斯计算(ABC)进行人口模型选择,这是一种基于汇计的推理方法。
据研究人员称,他们的基因组分析表明,现在在安第斯和大西洋热带森林中发现的南方红豆杉种群属于不同的谱系,但数十万年前,该物种的分布范围更广,其谱系为与基因组观点相比差异较小。
随着冰河时代的继续和Cerrado的植被进一步退缩,安第斯和大西洋鸟类相互隔离了数万年,导致多样化分为两个谱系。
该数据还表明,在更新世的间冰期,当气温升高和雨林推进时,东部和西部种群之间有新的接触,允许两个谱系之间的交叉繁殖和新的基因交换。
对安第斯和大西洋鸟类基因组多样性的分析结合古气候数据表明,这些基因交换是通过Cerrado向北发生的,而不是通过Chaco进一步向南发生。
“我们的研究结果显示,安第斯和大西洋热带森林是避难所,两个地区的物种种群通过塞拉多接触,”Cabanne说。“这表明安第斯和大西洋森林的历史动态在该地区森林鸟类的进化中发挥了重要作用。”
“我们的研究结果与其他生物的研究一致,可能表明新生物群中生物群落之间的连通性更为一般,”Miyaki补充道。
此外,这项新研究和同一组的先前研究“指出安第斯山脉和大西洋雨林生物群落之间的高水平的神秘多样性[意味着形态上相似但遗传多样的物种],并表明应该认识到安第斯山脉的安第斯种群。作为一个独立的物种“,Cabanne补充道。
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