Forskare har identifierat en ny medlem på det genetiska släktträdet för en utrotningshotad valpfisk som är infödd i södra centrala New Mexico.
"Vi gick in i den här tanken att det fanns en art av bevarandeproblem", säger J. Andrew DeWoody, professor i genetik vid Purdue Universitys institution för skogsbruk och naturresurser. "Den övervägande delen av bevis tyder nu på att det finns två arter där vi trodde att det fanns en. Så om vi hade en hotad art, verkar vi nu ha två."
DeWoody och åtta medarbetare från Purdue, Ohio State, Auburn och Texas A&M-universitet publicerade sina resultat denna vecka i Proceedings of the National Academy of Sciences .
Utvecklingen av White Sands pupfish till två arter är ovanlig eftersom genetisk drift var drivkraften.
Genetisk drift är resultatet av det slumpmässiga arvet av olika gener från en organisms föräldrar. Naturligt urval sker däremot när populationer inom en art förändras över tiden på grund av anpassning till olika livsmiljöer.
De två arterna divergerade också ovanligt snabbt.
"Nära släktingar hos däggdjur skilde sig från varandra i genomsnitt för cirka två miljoner år sedan," sa DeWoody. "Detta är ungefär fyra hundra gånger snabbare än den genomsnittliga artbildningshändelsen för däggdjur."
Cyprinodon tularosa, en utrotningshotad art, är infödd i Tularosabassängen. Naturliga populationer bor i Salt Creek och Malpais Spring. Resursförvaltare etablerade de andra två populationerna i Lost River och Mound Spring på 1960- och 1970-talen, troligen från Salt Creek.
"Vi visste att de var olika, men vi visste inte vilken evolutionär kraft som orsakade denna skillnad", säger Erangi Heenkenda, medförfattare till tidningen, som tog sin doktorsexamen. i skogsbruk och naturresurser från Purdue denna månad.
Forskarna betraktade urval som den drivande evolutionära kraften eftersom salthalten, vattenflödet och parasiter i miljöerna vid Salt Creek och Malpais Spring var helt olika, sa Heenkenda.
Forskarna sekvenserade hela arvsmassan hos enskilda valpar. Tidigare forskning på dessa valpar baserades på begränsad genetisk provtagning. Heenkenda jämförde hela genomet som beskrivs i studien med att läsa en hel bok istället för bara några sidor.
"Vi förväntade oss att se vissa skillnader i generna, men vi såg inte den skillnaden med avseende på urval", säger Heenkenda, som snart kommer att börja arbeta på National Veterinary Services Laboratories i Ames, Iowa, på ett Oak Ridge Institute for Science och utbildning postdoktoral stipendium. Men de upptäckte inte några gener som till exempel gav fisken salttolerans.
"Denna avvikelse tycks främst ha drivits av höga nivåer av genetisk drift bara under de senaste 5 000 åren, som vi refererar till som "driftspeciering", säger medförfattaren Andrew Black, en tidigare postdoktor i DeWoodys forskargrupp. Nu vid Oregon State Universitys Center for Quantitative Life Sciences, noterade Black att det finns många kända fall av evolution som inträffar över dussintals eller tusentals generationer.
"Dessa hänförs vanligtvis till naturligt urval. Driftens relativa roll förbises eller ignoreras vanligtvis i artbildning," sa Black. Han noterade att faktorer som små populationer, geografisk isolering och det hårda ökenekosystemet som skapade populationsflaskhalsar gynnade genetisk drift framför naturligt urval i dessa valpfiskpopulationer.
"Det får mig att undra om driftarter sannolikt är en vanlig utvecklingsmekanism hos andra arter av ökenvalpefiskar också," sa Black.
Det långsamt utbrytande Carrizozo-lavaflödet från en vulkan i södra centrala New Mexico täckte cirka 130 kvadratkilometer över två eller tre decennier för cirka 5 000 år sedan. Den barriären bidrog sannolikt till utvecklingen av den nya arten.
"De genomiska data, oberoende av de geologiska data, föreslog att dessa två arter var en någonstans för cirka 5 000 år sedan," sa DeWoody. "Då överlagrar du de geologiska data. Detta Carrizozo-lavaflöde hände ungefär då. Det är vettigt."
I sin analys av pupfish-genvarianterna fann forskarna att förfädernas Malpais Spring-population uppnådde en stor och stabil population på mer än 60 000 individer under en lång period. Förfädernas befolkning på cirka 15 000 vid Salt Creek och Lost River var också stabil.
Båda populationerna genomgick flaskhalsar - kraftiga minskningar i storlek - för cirka 2 500 år sedan. Flaskhalsarna som påverkade Salt Creek- och Lost River-populationerna var dock mycket allvarligare än den som Malpais Spring-valpfisken upplevde.
När populationer krymper upplever de slumpmässiga fluktuationer av genfrekvenser eller genetisk drift. Små populationer upplever en hel del genetisk drift, vilket lämnar stora populationer, såsom de massiva skolorna av sardiner som trafikerar haven, till största delen opåverkade. I så stora populationer, sa DeWoody, "Naturligt urval kan övermanna driften, men i små populationer övervinner driften urvalet."
Två populationer av White Sands pupfish har tidigare klassificerats som förtjänar förbättrade bevarandeåtgärder. En population består av Malpais vårvalpar. Salt Creek och Lost River valpfiskar utgör den andra populationen.
Deras resultat ledde till att forskarna uppmanade till en artnivårevidering av valpfiskens klassificering. Forskarna rekommenderar att den nya arten får namnet "den förtrollade valpfisken", en nick till delstaten New Mexico, även känd som "förtrollningens land."
Mer information: Andrew N. Black et al, Rapid vertebrate speciation via isolation, bottlenecks, and drift, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI:10.1073/pnas.2320040121. doi.org/10.1073/pnas.2320040121
Journalinformation: Proceedings of the National Academy of Sciences
Tillhandahålls av Purdue University
