Amerikanske ege deler en fælles nordlig forfader

Hvis du havde været i det nordlige Canada for 45 millioner år siden, du har måske stødt på den fjerne forfader til alle egene i Amerika. Den enkelte art gav anledning til 220 flere og to adskilte slægter - røde egetræer og hvide egetræer - der flyttede sydpå gennem den boreale zone for at befolke store skår på kontinentet helt ind i Mexico. Disse to fund - samtidig evolutionær diversificering i de røde og hvide ege, der hver følger de samme geografiske ruter; og to relativt nyere oprindelser af de mexicanske ege – er en overraskende konklusion på et videnskabeligt mysterium, der indtil nu var uløst. Forskning offentliggjort i denne uge i tidsskriftet Ny fytolog fortæller denne historie om amerikanske egetræers evolutionære historie for første gang.

Ved at bruge en kombination af næste generations DNA-sekventering og statistiske økologiske metoder, forskerne udledte den mest detaljerede og omfattende evolutionære historie til dato for ege-slægten Quercus. Deres arbejde viser, at de to store grupper af egetræer i Nordamerika - de røde eg og de hvide egetræer - uafhængigt og samtidigt udstrålede i løbet af de sidste 45 millioner år fra en fælles forfader. De røde egetræer og de hvide egetræer fyldte samtidigt det økologiske rum i Californien, samtidig med at de fyldte tilgængelige levesteder i det østlige Nordamerika. Derefter, mellem 10 og 20 millioner år siden, begge grupper flyttede ned til bjergene i Mexico, hvor de to grupper begyndte at diversificere sig med en øget hastighed, bevæger sig hurtigt rundt for at fylde økologiske (niche)rum og producere arter hurtigere, end de havde gjort i nord.

"På trods af det faktum, at slægten Quercus dominerer skovklædte økosystemer i Nordamerika og Mexico i både antal og biomasse, vi vidste meget lidt før denne undersøgelse om forhold mellem arter, og endda om genetiske særpræg for mange af de ege, vi prøvede til papiret, " sagde hovedforfatter Andrew Hipp fra The Morton Arboretum. "Vores konstatering af, at de røde ege og hvide ege diversificerede sig samtidigt og parallelt i Amerika, forklarer meget af mangfoldigheden af ​​amerikanske ege:Der er ikke kun én større ege-slægt i Amerika, men to, og et par mindre. Når du lægger disse sammen, du opdager, at du har en masse eg-diversitet."

Resultaterne forklarer et langvarigt spørgsmål, som samarbejdspartner Jeannine Cavender-Bares fra University of Minnesota's College of Biological Sciences har studeret:Hvorfor optræder fjernt beslægtede egearter sammen oftere end forventet? Cavender-Bares tilbragte et sabbatår i Mexico i 2011 finansieret af et Fulbright-tilskud på Universidad Nacional Autónoma de Mexico med Antonio Gonzalez-Rodriguez, en eg-specialist og samarbejdspartner på undersøgelsen. De indsamlede og studerede de mexicanske egetræer til projektet. "At inkludere de mexicanske ege i analysen var kritisk, " siger Cavender-Bares, "fordi de afslørede markant øgede diversificeringsrater som en konsekvens af den dynamiske stigning i bjergkæderne i den region med vulkansk aktivitet for omkring 10-20 millioner år siden."

For at nå deres konklusioner, ledende forskere brugte år på at indsamle prøver og udtrække DNA fra mere end 300 egetræsprøver fra USA, Mexico, og Mellemamerika. Forskerne læser et stort antal områder af genomet fra hver prøve ved hjælp af næste generations DNA-sekventeringsmetoder, derefter rekonstrueret omkring 40, 000 regioner af genomet ved hjælp af beregningsmetoder. De analyserede derefter disse regioner af genomet statistisk, at vurdere livets egetræ. Dette skøn over egens evolutionære historie tjente som ramme for at udlede fordelingen af ​​hver art i biogeografisk og økologisk rum, og at rekonstruere den evolutionære historie om økologisk og artsdiversifikation i slægten.

"Indgangen af ​​tempererede slægter som egetræer i Latinamerika markerer en interessant biogeografisk katalysator i udviklingen af ​​de montane plantesamfund i Mexico, " sagde studiesamarbejdspartner Paul Manos fra Duke University. "Sprede pollen fossile optegnelser fra søsedimenter gav nogle beviser på, hvornår egetræerne ankom, men vi har nu et uafhængigt skøn baseret på en kalibreret fylogeni, og rimelige hypoteser om de økologiske drivkræfter bag disse to parallelle udstrålinger af røde og hvide ege."