Deriva genética, e não seleção natural, identificada como principal fator que impulsiona a especiação em espécies ameaçadas de filhotes
Erangi Heenkenda, coautor principal do PNAS artigo que recebeu seu doutorado em silvicultura e recursos naturais pela Purdue este mês, se prepara para coletar uma amostra de um filhote de peixe congelado que será usado para sequenciamento do genoma. Crédito:Purdue Agricultural Communications / Tom Campbell Os cientistas identificaram um novo membro na árvore genealógica genética de um filhote de peixe ameaçado de extinção, nativo do centro-sul do Novo México.
“Começamos a pensar que havia uma espécie de preocupação de conservação”, disse J. Andrew DeWoody, professor de genética no Departamento de Silvicultura e Recursos Naturais da Universidade Purdue. "A preponderância das evidências sugere agora que existem duas espécies onde pensávamos que havia uma. Então, se tínhamos uma espécie ameaçada, agora parecemos ter duas."
DeWoody e oito colaboradores das universidades Purdue, Ohio State, Auburn e Texas A&M publicaram suas descobertas esta semana no Proceedings of the National Academy of Sciences. .
A evolução do filhote de White Sands em duas espécies é incomum, pois a deriva genética foi a força motriz.
A deriva genética resulta da herança aleatória de diferentes genes dos pais de um organismo. A seleção natural, por outro lado, ocorre quando as populações de uma espécie mudam ao longo do tempo devido à adaptação a diversos habitats.
As duas espécies também divergiram com uma rapidez incomum.
“Os parentes próximos dos mamíferos divergiram uns dos outros, em média, há cerca de dois milhões de anos”, disse DeWoody. “Isso é cerca de quatrocentas vezes mais rápido do que o evento médio de especiação de mamíferos”.
Cyprinodon tularosa, uma espécie ameaçada de extinção, é nativa da Bacia de Tularosa. Populações naturais vivem em Salt Creek e Malpais Spring. Os gestores de recursos estabeleceram as outras duas populações em Lost River e Mound Spring nas décadas de 1960 e 1970, provavelmente em Salt Creek.
“Sabíamos que eram diferentes, mas não conhecíamos a força evolutiva que causava esta diferença”, disse Erangi Heenkenda, co-autora principal do artigo, que recebeu o seu doutoramento. em silvicultura e recursos naturais de Purdue este mês.
Os pesquisadores consideraram a seleção como a força motriz da evolução porque a salinidade, o fluxo de água e os parasitas nos ambientes de Salt Creek e Malpais Spring eram bastante diferentes, disse Heenkenda.
Os pesquisadores sequenciaram todo o genoma de cada filhote de peixe. Pesquisas anteriores sobre esses filhotes foram baseadas em amostras genéticas limitadas. Heenkenda comparou a abordagem do genoma completo descrita no estudo como a leitura de um livro inteiro em vez de apenas algumas páginas.
"Esperávamos ver algumas diferenças nos genes, mas não vimos essa diferença no que diz respeito à seleção", disse Heenkenda, que em breve começará a trabalhar nos Laboratórios Nacionais de Serviços Veterinários em Ames, Iowa, em um Oak Ridge Institute for Science. e Bolsa de Pós-Doutorado em Educação. Mas não detectaram nenhum gene que conferisse tolerância ao sal nos peixes, por exemplo.
"Esta divergência parece ter sido impulsionada principalmente por altos níveis de deriva genética nos últimos 5.000 anos, que chamamos de 'especiação de deriva'", disse o coautor principal Andrew Black, ex-cientista de pós-doutorado no grupo de pesquisa de DeWoody. Agora no Centro de Ciências Quantitativas da Vida da Universidade Estadual de Oregon, Black observou que existem muitos casos conhecidos de evolução ocorrendo ao longo de dezenas ou milhares de gerações.
"Isso é normalmente atribuído à seleção natural. O papel relativo da deriva é comumente esquecido ou ignorado na especiação", disse Black. Ele observou que factores como as pequenas populações, o isolamento geográfico e o duro ecossistema desértico que produziu estrangulamentos populacionais favoreceram a deriva genética em detrimento da selecção natural nestas populações de filhotes.
“Isso me faz pensar se a especiação por deriva também é provavelmente um mecanismo comum de evolução em outras espécies de filhotes do deserto”, disse Black.
O fluxo de lava Carrizozo, em erupção lenta, de um vulcão no centro-sul do Novo México, cobriu cerca de 130 milhas quadradas ao longo de duas ou três décadas, cerca de 5.000 anos atrás. Essa barreira provavelmente contribuiu para a evolução das novas espécies.
“Os dados genómicos, independentemente dos dados geológicos, sugerem que estas duas espécies eram uma só há cerca de 5.000 anos”, disse DeWoody. "Então você sobrepõe os dados geológicos. Esse fluxo de lava Carrizozo aconteceu naquela época. Faz sentido."
Na sua análise das variantes genéticas do pupfish, os investigadores descobriram que a população ancestral de Malpais Spring atingiu uma população grande e estável de mais de 60.000 indivíduos durante um longo período. A população ancestral de cerca de 15.000 habitantes em Salt Creek e Lost River também se manteve estável.
Ambas as populações passaram por gargalos – reduções acentuadas no tamanho – há cerca de 2.500 anos. Os gargalos que afetam as populações de Salt Creek e Lost River foram muito mais graves, no entanto, do que os experimentados pelos filhotes de Malpais Spring.
À medida que as populações diminuem, elas experimentam flutuações aleatórias nas frequências genéticas, ou deriva genética. As pequenas populações sofrem uma grande deriva genética, o que deixa grandes populações, como os enormes cardumes de sardinhas que ocupam os oceanos, na sua maioria inalteradas. Em populações tão grandes, DeWoody disse:“A seleção natural pode dominar a deriva, mas em populações pequenas, a deriva supera a seleção”.
Duas populações de filhotes de White Sands receberam anteriormente a designação como merecedoras de medidas de conservação aprimoradas. Uma população consiste no filhote de cachorro Malpais Spring. Os filhotes de Salt Creek e Lost River constituem a outra população.
Seus resultados levaram os pesquisadores a pedir uma revisão da classificação dos filhotes em nível de espécie. Os cientistas recomendam que a nova espécie seja chamada de “filhote encantado”, uma homenagem ao estado do Novo México, também conhecido como “a Terra do Encantamento”.
