Wetenschap
Genetische drift, en niet natuurlijke selectie, geïdentificeerd als de belangrijkste factor die soortvorming bij bedreigde soorten pupfish aanstuurt
Wetenschappers hebben een nieuw lid geïdentificeerd in de genetische stamboom van een met uitsterven bedreigde pupfish afkomstig uit zuid-centraal New Mexico.
"We gingen hierop in met de gedachte dat er één soort van zorg was voor natuurbehoud", zegt J. Andrew DeWoody, hoogleraar genetica aan de afdeling Bosbouw en Natuurlijke Hulpbronnen van Purdue University. "Het overwicht aan bewijsmateriaal suggereert nu dat er twee soorten zijn waarvan we dachten dat er één was. Dus als we één bedreigde soort hadden, lijken we er nu twee te hebben."
DeWoody en acht medewerkers van de universiteiten Purdue, Ohio State, Auburn en Texas A&M publiceerden hun bevindingen deze week in de Proceedings of the National Academy of Sciences .
De evolutie van de White Sands pupfish in twee soorten is ongebruikelijk omdat genetische drift de drijvende kracht was.
Genetische drift is het gevolg van de willekeurige overerving van verschillende genen van de ouders van een organisme. Natuurlijke selectie vindt daarentegen plaats wanneer populaties binnen een soort in de loop van de tijd veranderen als gevolg van aanpassing aan diverse habitats.
De twee soorten gingen ook ongewoon snel uiteen.
"Nauwe verwanten bij zoogdieren verschilden gemiddeld ongeveer twee miljoen jaar geleden van elkaar", zei DeWoody. "Dit is ongeveer vierhonderd keer sneller dan de gemiddelde soortvorming bij zoogdieren."
Cyprinodon tularosa, een bedreigde diersoort, komt oorspronkelijk uit het Tularosa-bekken. Natuurlijke populaties leven in Salt Creek en Malpais Spring. Beheerders van hulpbronnen hebben de andere twee populaties in Lost River en Mound Spring in de jaren zestig en zeventig gevestigd, waarschijnlijk vanuit Salt Creek.
"We wisten dat ze verschillend waren, maar we kenden niet de evolutionaire kracht die dit verschil veroorzaakte", zegt Erangi Heenkenda, co-hoofdauteur van het artikel, die haar Ph.D. in bosbouw en natuurlijke hulpbronnen uit Purdue deze maand.
De onderzoekers beschouwden selectie als de drijvende kracht achter de evolutie, omdat het zoutgehalte, de waterstroming en de parasieten in de omgevingen van Salt Creek en Malpais Spring heel anders waren, aldus Heenkenda.
De onderzoekers hebben het volledige genoom van individuele pupvissen in kaart gebracht. Eerder onderzoek naar deze jongen was gebaseerd op beperkte genetische bemonstering. Heenkenda vergeleek de benadering van het hele genoom die in het onderzoek wordt beschreven als het lezen van een heel boek in plaats van slechts een paar pagina's.
"We verwachtten enkele verschillen in de genen te zien, maar dat verschil zagen we niet met betrekking tot selectie", zegt Heenkenda, die binnenkort gaat werken bij de National Veterinary Services Laboratories in Ames, Iowa, op een Oak Ridge Institute for Science. en onderwijspostdoctorale beurs. Maar ze hebben bijvoorbeeld geen genen ontdekt die zouttolerantie aan de vissen verlenen.
"Deze divergentie lijkt voornamelijk te zijn veroorzaakt door hoge niveaus van genetische drift in de afgelopen 5.000 jaar, die we 'drift-speciatie' noemen", zegt co-hoofdauteur Andrew Black, een voormalig postdoctoraal wetenschapper in de onderzoeksgroep van DeWoody. Nu merkte Black aan het Center for Quantitative Life Sciences van de Oregon State University op dat er veel gevallen bekend zijn van evolutie die zich over tientallen of duizenden generaties afspeelt.
"Deze worden doorgaans toegeschreven aan natuurlijke selectie. De relatieve rol van drift wordt vaak over het hoofd gezien of genegeerd bij soortvorming," zei Black. Hij merkte op dat factoren als kleine populaties, geografische isolatie en het ruige woestijnecosysteem dat knelpunten in de populatie veroorzaakte, de voorkeur gaven aan genetische drift boven natuurlijke selectie in deze populaties van jongen.
"Ik vraag me af of drift-speciatie waarschijnlijk ook een veel voorkomend evolutiemechanisme is bij andere soorten woestijnjongvissen," zei Black.
De langzaam uitbarstende Carrizozo-lavastroom van een vulkaan in het zuiden van centraal New Mexico besloeg ongeveer 200 vierkante kilometer in een tijdsbestek van twee tot drie decennia, zo'n 5000 jaar geleden. Die barrière heeft waarschijnlijk bijgedragen aan de evolutie van de nieuwe soort.
"De genomische gegevens suggereerden, onafhankelijk van de geologische gegevens, dat deze twee soorten ongeveer 5000 jaar geleden één waren", zei DeWoody. "Dan leg je de geologische gegevens over elkaar heen. Deze Carrizozo-lavastroom vond rond die tijd plaats. Dat is logisch."
In hun analyse van de genvarianten van de pupfish ontdekten de onderzoekers dat de voorouderlijke Malpais Spring-populatie gedurende een lange periode een grote en stabiele populatie van meer dan 60.000 individuen bereikte. De voorouderlijke bevolking van ongeveer 15.000 in Salt Creek en Lost River was ook stabiel.
Beide populaties ondervonden ongeveer 2500 jaar geleden knelpunten – een scherpe afname in omvang. De knelpunten waarmee de populaties van Salt Creek en Lost River te kampen hadden, waren echter veel ernstiger dan die van de Malpais Spring pupfish.
Terwijl populaties krimpen, ervaren ze willekeurige fluctuaties in genfrequenties, oftewel genetische drift. Kleine populaties ervaren veel genetische drift, waardoor grote populaties, zoals de enorme scholen sardines die in de oceanen leven, grotendeels onaangetast blijven. In zulke grote populaties, zei DeWoody, "kan natuurlijke selectie de drift overmeesteren, maar in kleine populaties overheerst de drift de selectie."
Twee populaties van de White Sands-jongvis kregen eerder de aanwijzing dat ze verbeterde instandhoudingsmaatregelen verdienden. Eén populatie bestaat uit de Malpais Spring pupfish. De Salt Creek en Lost River pupfish vormen de andere populatie.
Hun resultaten brachten de onderzoekers ertoe op te roepen tot een herziening op soortniveau van de classificatie van de pupfish. De wetenschappers bevelen aan dat de nieuwe soort de naam 'de betoverde pupfish' krijgt, een knipoog naar de staat New Mexico, ook wel bekend als 'het Land van Betovering'.