Kada je mladi prirodoslovac Alfred R. Wallace 1848. godine napustio Englesku da istraži Novi svijet, jedno od njegovih ključnih zapažanja u Amazonskoj regiji bilo je da velike rijeke predstavljaju nenadmašne prepreke za neke vrste životinja, posebno primate i ptice. Što je još zanimljivije, primijetio je da usko povezane vrste često zauzimaju šume na suprotnim stranama rijeke, ali nikada ih nisu zajedno pronašle.
Uistinu, postoje stotine primjera križanja rijeka među amazonskim pticama, fenomen koji se nigdje drugdje na Zemlji nije vidio. Gotovo jedna trećina od otprilike 240 vrsta ptica koje inače obitavaju u šumama s jedne strane donjeg Rio Negra u Brazilu zamijenjene su srodnom vrstom s druge strane. Na primjer, na lijevoj obali vidjet ćete crne pjegave barbete ( Capito niger ) s crvenim grlima. Na desnoj obali vidjet ćete samo usko povezane Guilded Barbets ( Capito auratus ) s narančastim grlima.
Barbete s crnim i pjegavim bodevima žive odvojeno, razdvojene donjim Rio Negro i Rio Branco u brazilskoj Amazoni. (Andreza Silva) Amazonske rijeke fascinirale su me od kada sam prvi put posjetio regiju 1999. godine i bio sam glavni fokus mog istraživanja kao tropski biolog. Očarali su me zamjenski obrasci koje je Wallace opisao i proveo bezbroj sati proučavajući mape distribucije ptičara.
Unatoč godinama proučavanja, evolucijski biolozi i dalje nisu sigurni u kakvu su ulogu rijeke igrale u procesu specifikacije u Amazoniji. Da li rijeke stvaraju nove vrste? Ili jednostavno djeluju kao sekundarne prepreke pružajući prirodne granice vrstama formiranim drugdje? Jesu li se sve ove uparene linije razlikovale u isto vrijeme, podijeljene zajedničkom zaprekom? Ili je svaka vrsta slijedila svoj evolucijski put?
Studija je bila usredotočena na vrste ptica čije su distribucije omeđene dvjema biogeografskim barijerama: rio-crni i Rio Branco koji se nalaze u gvajanskom štitu u sjevernoj Amazoniji. (Naka i ostali) Ovo su pitanja koja su vodila moje kolege i mene kad smo krenuli u istraživanje Rio Negra, još uvijek jedne od najcjenjenijih regija Amazonije. Poput ekspedicija koje su proveli raniji prirodoslovci, i naša je uključila duga putovanja brodom kako bi stigla do udaljenih mjesta. Ali bili smo naoružani računalima, digitalnim slikama, GPS uređajima, digitalnim audio snimačima i tekućim dušikom kako bismo uzorake držali na vrlo niskim temperaturama dok nismo mogli napraviti genetsku analizu natrag u laboratoriju. Naš plan je bio da se koriste uzorci tkiva od ptica na suprotnim stranama rijeke kako bi se procijenila njihova evolucijska povijest.
Razvija se od jedne vrste do dvije
Gledajući količinu genetske razlike između pojedinaca na različitim bankama, moderni prirodoslovci mogu otkriti koliko je vremena prošlo od kada su ove populacije započele svoju neovisnu evolucijsku povijest. Ono s čime se biolozi ne mogu složiti je uloga koju su ove rijeke imale u evolucijskoj povijesti vrsta koje ih trenutno dijele.
Jedna očigledna mogućnost je da je raspon vrsta predaka rasijekao novostvorena rijeka, izolirajući velike komade šume. Populacije stanovništva Cutoffa polako bi se mijenjale i razlikovale jedna od druge. S obzirom na dovoljno vremena, njihove bi razlike postale dovoljno velike da se više ne bi prepoznali kao potencijalne srodnike s kojima bi uparivali i odgajali potomstvo - postali bi različite vrste. Ova ideja postala je poznata kao hipoteza o riječnoj barijeri. To je najstarije objašnjenje zašto u Amazoniji postoji toliko vrsta
Alternativni model sugerira da rijeke djeluju kao sekundarne prepreke. Prema toj ideji, iako su trenutno važne za definiranje geografskih ograničenja vrsta, rijeke nemaju nikakve veze s početnim odvajanjem te populacije predaka.
Ipak je teško ne postaviti najočiglednije pitanje. Ptice se uključuju u epske migracije na daljinu i sposobne su putovati od pola do pola. Kako na svijetu jedna amazonska rijeka, čak i velika, može predstavljati mnogo prepreka? Ne mogu ptice jednostavno letjeti preko rijeke, ponovno se spojiti sa rodbinom i izbjeći da postanu dvije različite vrste?
Kratki odgovor očito nije. Za mnoge vrste u kojima žive šume, rijeke doista izgledaju nepremostive prepreke. Eksperimenti sugeriraju da mnoge vrste ptica nisu sposobne preletiti ni stotinu metara iznad otvorenog krajolika, a kamoli prijeći nekoliko kilometara moćne amazonske rijeke.
Ispitivanje uloge rijeka u evoluciji ptica
Naš prvi korak bio je mapiranje točnog mjesta uzvodnika za ove zamjene para. Poznato je da su svi proučeni parovi prometlili u nižem Rio Negro, koji se na nekim mjestima kreće čak 10 kilometara. Međutim, uz rijeku je rijeka mnogo uža, a zamjenski obrasci postaju kompliciraniji, uključujući manje rijeke.
Kada su razlike među populacijama relativno velike - poput uzoraka šljokica, boje ili parovi pjesama često se smatraju različitim vrstama. Kad su razlike suptilne - poput veličine ili perje nijanse ili tona - ornitolozi ih smatraju različitim podvrstama. Bilo da se radi o parovima vrsta ili parovima podvrsta, biolozi ih nazivaju „parovima svojti“.
Prvi korak bio je preslikavanje obrasca zamjene ptica. Iako su svi parovi trenutno ograničeni donjim Rio Negroom, postoje različiti uzorci zamjenjivanja uzvodnika, uključujući Rio Branco. (Naka i ostali) Detaljno smo istražili 74 para vrsta svojti čija je raspona podijeljena raznim kombinacijama Rio Negro i njegove najveće pritoke, Rio Branco. Te su dvije rijeke i biogeografske prepreke za desetine vrsta ptica. Nakon više od desetljeća terenskog rada, i uz doprinos glavnih brazilskih i američkih muzeja i zbirki, naš tim je dobio distribucijske i genetičke podatke za gotovo sve vrste ptica i podvrsta ptica koje su se razlikovale na obje strane rijeke.
Zaključili smo da ako neka rijeka dijeli krajolik i razdvoji mnoštvo ptičjih populacija u isto vrijeme, parovi bi trebali predstavljati otprilike slična razdoblja odstupanja. Ako su rijeke djelovale kao sekundarne zapreke, parovi će vjerojatno predstavljati čitav niz godina. U ovom slučaju, parovi bi mogli biti stariji od rijeka koje su trenutno ograničene u njihovoj distribuciji, jer prema ovom modelu, izvorna podjela vrste u dva ne ovisi o nastanku rijeke.
Istraživači su koristili molekularne podatke da bi utvrdili koliko se davno rastavao svaki od 74 para ptica. Vodoravne trake pokrivaju vjerodostojne intervale uzimajući u obzir vremenske nesigurnosti. Većina se parova odvojila mnogo prije nego su dvije rijeke postojale u sadašnjim oblicima. (Naka i ostali) Koristili smo vremenski kalibrirane molekularne podatke da bismo otprilike shvatili kada je svaki od naših 74 para povezanih ptica evolucijski krenuo zasebnim putevima. Neki geni mutiraju predvidljivim i postojanim brzinama, omogućujući znanstvenicima da procijene vrijeme koje je proteklo otkad se bilo koji par organizama razišao. Što se više promijeni njihov genom, to je duže prošlo otkad su dijelili zajedničkog pretka. To je poput gledanja onoga što istraživači nazivaju "molekularnim satom".
Guianan Toucanet (Selenidera piperivora) zamijenjen je tucanetom (S. nattereri) u ovoj regiji. Ovo je najstariji par u analizi, razdvojen prije oko 8 milijuna godina. (Luciano Nicolas Naka) Kad smo pogledali molekularne satove naših uzoraka ptica, otkrili smo da se događaji divergencije nisu grupirali u određenom vremenskom okviru. Umjesto toga, oni su se kretali od 0, 2 do 8 milijuna godina. Stoga je malo vjerojatno da su svi parovi ptičara koji su trenutno podijeljeni zajedničkom zaštitom, poput crnaca ili Branca, nastali geneziranjem tih rijeka.
Nadalje, geomorfološki podaci sugeriraju da su te rijeke relativno nedavno uspostavile svoj trenutni položaj. Približni datumi za Rio Negro su oko milijun godina, dok je Rio Branco očito mnogo noviji, oko 20.000 godina. Stoga su obje rijeke mnogo mlađe od većine parova ptica koje trenutno dijele, podržavajući model sekundarne kontaktne barijere: Rijeke danas održavaju granicu, ali vremena pokazuju da nisu mogle biti odgovorne za početno razdvajanje većine parova ptičara učili smo.
S druge strane, čini se da Rio Rio crni ovdje ima milijunsku povijest. Naši modeli ne mogu odbiti uobičajeni događaj diverzifikacije koji se dogodio otprilike u toj dobi za 12 pari ptičarskih svojti, čija je DNK ukazivala na to da su se oni razišli u posljednjih milijun godina. Dakle, iako podrijetlo većine proučavanih parova vjerojatno nije povezano s genezijom rijeka, moguće je da je Rio Negro, posebno, predstavljao glavnu barijeru za neke vrste.
Naša nova studija, objavljena u časopisu Science Advances, nudi uvjerljive dokaze da bi amazonske rijeke mogle imati dvostruku evolucijsku ulogu. Oni mogu djelovati kao primarne barijere za neke linije, kao što predlaže hipoteza o riječnoj barijeri. Ali češće djeluju kao sekundarne prepreke za većinu ptičjih rodova. Ovi rezultati dolaze iz samo jedne, iako važne, amazonske regije, a slične studije iz drugih slivova naše će rezultate staviti u širi kontekst.
Ovaj je članak prvotno objavljen u časopisu The Conversation.
Luciano Nicolas Naka, profesor zoologije, Federalni de Pernambuco, Brazil i gostujući stipendist, Sveučilište Harvard
