Als je 45 miljoen jaar geleden in het noorden van Canada was geweest, je bent misschien de verre voorouder van alle eiken in Amerika tegengekomen. Die enkele soort gaf aanleiding tot 220 meer en twee verschillende lijnen - rode eiken en witte eiken - die naar het zuiden trokken door de boreale zone om grote delen van het continent helemaal tot in Mexico te bevolken. Deze twee bevindingen:gelijktijdige evolutionaire diversificatie in de rode en witte eiken die elk dezelfde geografische routes volgen; en twee relatief recente oorsprongen van de Mexicaanse eiken - zijn een verrassende conclusie van een wetenschappelijk mysterie dat tot nu toe onopgelost bleef. Onderzoek deze week gepubliceerd in het tijdschrift Nieuwe fytoloog vertelt voor het eerst dit verhaal over de evolutionaire geschiedenis van Amerikaanse eiken.

Met behulp van een combinatie van de volgende generatie DNA-sequencing en statistische ecologische methoden, de onderzoekers hebben de meest gedetailleerde en uitgebreide evolutionaire geschiedenis tot nu toe afgeleid voor het eikengeslacht Quercus. Hun werk toont aan dat de twee belangrijkste groepen eiken in Noord-Amerika - de rode eiken en de witte eiken - onafhankelijk en gelijktijdig de afgelopen 45 miljoen jaar uitstraalden van een gemeenschappelijke voorouder. De rode eiken en de witte eiken vulden tegelijkertijd de ecologische ruimte in Californië, terwijl ze ook de beschikbare habitats in het oosten van Noord-Amerika vulden. Vervolgens, tussen 10 en 20 miljoen jaar geleden, beide groepen trokken naar de bergen van Mexico, waar de twee groepen in een hoger tempo begonnen te diversifiëren, zich snel verplaatsen om ecologische (niche) ruimte te vullen en sneller soorten produceren dan in het noorden.

"Ondanks het feit dat het geslacht Quercus de beboste ecosystemen van Noord-Amerika en Mexico domineert, zowel in aantal als in biomassa, we wisten voorafgaand aan deze studie heel weinig over relaties tussen soorten, en zelfs over het genetische onderscheidend vermogen van veel van de eiken die we voor het papier hebben bemonsterd, " zei hoofdauteur Andrew Hipp van The Morton Arboretum. "Onze bevinding dat de rode eiken en witte eiken gelijktijdig en parallel in Amerika diversifieerden, verklaart een groot deel van de diversiteit van Amerikaanse eiken:er is niet slechts één grote eikenstam in Amerika, maar twee, en een paar kleinere. Als je deze bij elkaar optelt, je merkt dat je veel eiken diversiteit hebt."

De resultaten verklaren een al lang bestaande vraag die medewerker Jeannine Cavender-Bares van het College of Biological Sciences van de Universiteit van Minnesota heeft bestudeerd:waarom komen verre verwante eikensoorten vaker samen dan verwacht? Cavender-Bares bracht in 2011 een sabbatical door in Mexico, gefinancierd door een Fulbright-beurs aan de Universidad Nacional Autónoma de Mexico met Antonio Gonzalez-Rodriguez, een eikenspecialist en medewerker aan de studie. Ze verzamelden en bestudeerden de Mexicaanse eiken voor het project. "Het was van cruciaal belang om de Mexicaanse eiken op te nemen in de analyse, " zegt Cavender-Bares, "omdat ze een sterk toegenomen diversificatiesnelheid aan het licht brachten als gevolg van de dynamische opkomst van de bergketens in die regio met vulkanische activiteit zo'n 10-20 miljoen jaar geleden."

Om tot hun conclusies te komen, de hoofdonderzoekers hebben jarenlang specimens verzameld en DNA geëxtraheerd uit meer dan 300 eikenmonsters uit de VS, Mexico, en Midden-Amerika. De wetenschappers lezen grote aantallen regio's van het genoom van elk monster met behulp van de volgende generatie DNA-sequencingmethoden, daarna ongeveer 40 gereconstrueerd, 000 regio's van het genoom met behulp van computationele methoden. Vervolgens analyseerden ze deze regio's van het genoom statistisch, om de eik des levens te schatten. Deze schatting van de evolutionaire geschiedenis van eiken diende als het raamwerk om de verspreiding van elke soort in de biogeografische en ecologische ruimte af te leiden, en om de evolutionaire geschiedenis van ecologische en soortendiversificatie in het geslacht te reconstrueren.

"De inval van gematigde geslachten zoals de eiken in Latijns-Amerika markeert een interessante biogeografische katalysator in de ontwikkeling van de bergachtige plantengemeenschappen van Mexico, "Zei onderzoeksmedewerker Paul Manos van Duke University. "Verspreide fossielen van pollen uit sedimenten van meren leverden enig bewijs op wanneer de eiken arriveerden, maar we hebben nu een onafhankelijke schatting gebaseerd op een gekalibreerde fylogenie, en redelijke hypothesen over de ecologische drijfveren van deze twee parallelle stralingen van rode en witte eiken."