Die Evolution bei Sinocyclocheilus- Höhlenfischen ist durch Ratenverschiebungen, Umkehrungen und den Ursprung neuartiger Merkmale gekennzeichnet
Autoren
Ting-Ru Mao, Ye-Wei Liu, Madhava Meegaskumbura, Jian Yang, Gajaba Ellepola, Gayani Senevirathne, Cheng-Hai Fu, Joshua B. Gross and Marcio R. Pie. 2021.
Evolution in Sinocyclocheilus Cavefish is marked by Rate Shifts, Reversals, and Origin of Novel Traits.
BMC Ecology and Evolution. 21, 45. DOI: 10.1186/s12862-021-01776-y twitter.com/Meegaskumbura/status/1373097731032453125
Rekonstruktion des Charakterzustands der Vorfahren unter Verwendung stochastischer Charakterzuordnung für die Augenmerkmalsmorphologie (Blind-, Mikro- und Normaläugige Morphologie) auf einer zeitkalibrierten Phylogenie unter Verwendung einer „Standarduhr“-Schätzung. A, B, C und D sind vier Hauptkladen. Posterior-Wahrscheinlichkeiten von Knotenunterstützungswerten von 100 % sind mit * gekennzeichnet. Zu den wichtigsten Ereignissen der Evolution von Sinocyclocheilus gehören; mindestens drei unabhängige evolutionäre Ereignisse für Blind-Morphs; Blinde, Mikroäugige und einige normaläugige Arten in Clade B, mit zwei Fällen einer Umkehr von entweder Mikroäugigen oder Blinden zu normaläugigen Arten. Die Diversifizierung von Sinocyclocheilus scheint Mitte des Miozäns mit der Austrocknung Chinas begonnen zu haben
Abstrakt
Natürliche Modellsysteme sind unverzichtbar, um Anpassungen als Reaktion auf Umweltbelastungen zu erforschen. Sinocyclocheilus von China, die artenreichste Höhlenfischgruppe der Welt (75 Arten), bietet einzigartige Möglichkeiten, die wiederkehrende Entwicklung stereotyper Merkmale (wie Augenverlust und sensorische Erweiterung) im Kontext einer tiefen und vielfältigen phylogenetischen Gruppe zu verstehen. Sie sind jedoch hinsichtlich ihrer morphologischen Evolution noch wenig verstanden. Daher untersuchen wir Schlüsselmuster der morphologischen Evolution, der Habitatnutzung und der geografischen Verteilung dieser Fische.
Ergebnisse
Wir konstruierten Phylogenien und kategorisierten 49 Arten basierend auf dem augenbezogenen Zustand (Blind, Mikroäugig und Normaläugig), Lebensraumtypen (troglobitisch – höhlenbegrenzt; Troglophil – höhlenassoziiert; Oberfläche – außerhalb von Höhlen) und der Existenz von Hörnern . Geometrisch-morphometrische Analysen zeigen Normaläugige Morphen mit spindelförmigen Formen, die sich von Blind-/Mikroäugigen tieferen Körpermorphen entlang der ersten Hauptkomponentenachse trennen; die zweite Achse berücksichtigt die Formkomplexität in Bezug auf Hörner. Die Körperformen zeigten eine signifikante Assoziation mit Augenzustand und Horn, jedoch nicht mit Lebensraumtypen. Ahnenrekonstruktionen deuten auf mindestens drei unabhängige Ursprünge von Blind-Morphs hin, jede mit unterschiedlichen Modifikationsgraden in Bezug auf ihre Vorfahren-Normaläugige-Morphs; Sinocyclocheilussind auch für Höhlenwohnungen vorangepasst. Unsere Geophylogenie zeigt eine Ost-West-Diversifizierung, die das Pliozän und Pleistozän umfasst, wobei früh-diversifizierende troglobitische Arten die unterirdischen Lebensräume von Karstebenen dominieren, während überwiegend Oberflächenformen die Hügel im Westen bewohnen. Evolutionäre Ratenanalysen legen nahe, dass Abstammungslinien, die zu Blindmorphen führten, durch signifikante Ratenverschiebungen gekennzeichnet waren, wie z. Körpergröße und Augengröße haben sich verändert, nicht jedoch Hörner, eine Eigenschaft, die eine beträchtliche Zeit zur Bildung erfordert.
a Ein Exemplar von Sinocyclocheilus altishoulderus , das die Position von 15 Orientierungspunkten (rot: größere Punkte mit den Nummern 1–15) und 180 halben Orientierungspunkten (orange: kleinerer Punkt) anzeigt, die für die Berechnung von Procrustes-Koordinaten und traditionellen linearen Messungen (SL-Standardlänge) verwendet werden , ED-Augendurchmesser und sED-standardisierter Augendurchmesser), die in den geometrischen morphometrischen Analysen verwendet werden. b PCA zeigt die Variation der Körperform der Gattung Sinocyclocheilus, verfolgt mit Augenmorphologie , Habitatbesetzung, Vorkommen von Horn. PC1 und PC2 machen 32 % bzw. 17 % der Varianz aus. Es ist eine Verschiebung von der spindelförmigen Form der normaläugigen Oberflächenformen zu einer „kastenförmigen“ Form der mikroäugigen und blinden Formen erkennbar
Schlussfolgerungen
Sinocyclocheilus besetzte Höhlenhabitate als Reaktion auf die Austrocknung, die mit der Trockenheit Chinas während des späten Miozäns und des Pliozäns verbunden war. Die prominenten Höhlenanpassungen (Augenregression, Hornentwicklung) treten in Kladen auf, die mit dem ausgedehnten unterirdischen Höhlensystem in den Provinzen Guangxi und Guizhou verbunden sind. Die Integration von Morphologie, Phylogenie, Geschwindigkeitsanalysen, molekularer Datierung und Verteilung zeigt nicht nur einige bemerkenswerte Evolutionsmuster, sondern auch interessante Ausnahmen von diesen Mustern, was die Diversifizierung von Sinocyclocheilus als unschätzbares Modellsystem zur Erforschung evolutionärer Neuheiten anzeigt .