Sydamerika har fler hundarter än någon annan plats på jorden, och en överraskande ny UCLA-ledd genomisk analys visar att alla dessa hundliknande djur utvecklades från en enda art som kom in på kontinenten för bara 3,5 miljoner till 4 miljoner år sedan. Forskare hade länge antagit att dessa olika arter uppstod från flera förfäder.

Ännu mer överraskande? De högsta och kortaste arterna är de närmast besläktade.

Några av de genetiska nyckelmutationer som ledde till den snabba uppkomsten av extrema variationer i höjden, storleken och kosten för sydamerikanska hunddjur har introducerats på konstgjord väg genom selektiv avel under de senaste tusen åren för att producera den häpnadsväckande mångfalden som ses hos en mer bekant hunddjur :tamhunden.

Forskningen, publicerad i Proceedings of the National Academy of Sciences , visar hur snabbt nya köttätande arter kan utvecklas och spridas i miljöer som saknar konkurrens och erbjuder vägledning för bevarande av hotade och utrotningshotade sydamerikanska hunddjur.

Tio arter inom hund- och vargfamiljen, kända som hunddjur, lever i Sydamerika idag. Sju är rävar och tre är mer ovanliga:den kortörade hunden, buskhunden och manade vargen.

I åratal hade forskare en teori om hur Sydamerika hade blivit hem för så många typer av hunddjur. Kontinenten hade mycket få placenta däggdjur, och inga förfäders hunddjur, tills den vulkaniska landremsan känd som Panamanäset steg över havet för cirka 3 miljoner år sedan, vilket tillät fri rörlighet för djur mellan kontinenter. Det är ett kort fönster för så många arter att utvecklas från en enda förfader, så forskare antog att flera hunddjursarter hade kommit in genom näset vid olika tidpunkter, vilket gav upphov till befintliga och nu utdöda arter.

För att lära sig hur dessa arter var besläktade och hur länge sedan och med vilka genetiska mekanismer de divergerade, sekvenserade UCLA doktorand Daniel Chavez, nu postdoktor vid Arizona State University, och UCLA professor i evolutionsbiologi Robert Wayne 31 genom som omfattar alla 10 bevarade sydamerikanska hunddjursart. De spårade de evolutionära förhållandena mellan arterna genom att studera platserna, kvantiteten och typerna av genetiska mutationer bland dem.

Överraskande nog pekade de genetiska uppgifterna på en enda förfäders canidpopulation som anlände för mellan 3,5 miljoner och 3,9 miljoner år sedan - innan näset hade rest sig helt - och omfattade cirka 11 600 individer. Forskarna sa att dessa förfäder måste ha tagit sig söderut genom den nyutvecklade Panama-korridoren, då bara en smal remsa av savann som i allmänhet inte var navigerbar av stora populationer.

"Vi fann att alla bevarade hunddjur kom från en enda invasion som kom in i Sydamerika öster om Anderna," sa Chavez. "För 1 miljon år sedan fanns det redan många hundarter, men de var inte särskilt genetiskt distinkta på grund av genflödet, vilket händer när populationer lätt kan blanda sig."

Dessa arter spred sig snart över hela Sydamerika, inklusive den tunna landremsan väster om Anderna, anpassade sig till olika miljöer och blev mer genetiskt distinkta. Dagens 10 arter, fann forskarna, alla uppstod för mellan 1 miljon och 3 miljoner år sedan.

De upptäckte också att manvargen, den längsta och mest långbenta hunddjuren i Sydamerika och den enda som äter mest frukt, och den kortaste, buskhunden, som är ännu mer beroende av kött än vargar och afrikanska vildhundar, är den närmast besläktade. Förändringar i genen som reglerar benlängden är ansvariga för höjdskillnaden.

"Det fanns också många andra nu utdöda arter av hyperköttätare relaterade till buskhunden," sa Chavez. "Kanske var de större i storlek, så för att tävla blev buskhundens förfäder mindre medan den manade vargen blev längre och till slut slutade tävla om kött."

En sådan snabb och extrem artbildning genom naturligt urval liknar den enorma differentieringen mellan tamhundar, som skedde snabbt genom artificiellt urval av människor.

"Sydamerikanska hunddjur är tamhunden i det vilda djurriket genom att de varierar enormt i benlängd och kost, och dessa förändringar skedde mycket snabbt, i storleksordningen 1 till 2 miljoner år," sa Wayne. "Det är en naturlig parallell till vad vi har gjort mot hundar. Allt detta hände för att Sydamerika var tomt på den här typen av köttätare. Det fanns massor av bytesdjur och inga stora eller medelstora köttätare att tävla med. I denna tomma nisch, naturen tillät så snabb strålning."

Fynden har också belyst relationer mellan arten och identifierade gener som kan hjälpa ansträngningar att rädda arter som hotas av förlust av livsmiljöer och klimatförändringar.

"Darwins räv, som för närvarande bara överlever på en ö utanför Chiles kust och mycket små regioner på fastlandet, är ett bra exempel på behovet av bevarande", sa Wayne. "Vi har på genomnivå visat stora skillnader i variation mellan arter, där de mest hotade har mycket låga variationsnivåer och gener som kan vara skadliga. Vi kan rädda små populationer genom genomtänkta avelsprogram i fångenskap." + Utforska vidare

En framtid för röda vargar kan hittas på Galveston Island