Hvad har piranhaer og guldfisk tilfælles?

Den almindelige guldfisk, de små ørkener, akvariet foretrukne tetra, den berømte elektriske ål, den enorme Mekong Giant Catfish, der vejer næsten 700 pund, gnidende tænder piranha, den velstuderede zebrafisk - alle disse fisk har noget tilfælles. Bortset fra at have særlige knoglestrukturer, der overfører lydbølger fra svømmeblæren til det indre øre, der giver dem høreevner på niveau med eller endda overskrider menneskers, de er medlemmer af Ostariophysi, en superorden af ​​benede fisk, herunder mere end 10, 300 arter i 1, 100 slægter og 70 familier.

Men mens mange af disse arter er velkendte, de højere ordeners forhold mellem dem stubber ichthyologer den dag i dag.

"Der er ingen konsensus om de evolutionære forhold mellem disse store ostariophysan -slægter, og forskellige undersøgelser har genoprettet næsten alle mulige arrangementer af forhold mellem Gymnotiformes [elektrisk ål og knivfisk], Siluriformes [havkat], og de to underordninger af Characiformes [karper og ænder]; tilsammen kaldes de tre ordrer Characiphysi. " - Chakrabarty et al. 2017

I et papir udgivet på tryk i Systematisk biologi i dag, forskere, herunder nogle af de største navne inden for ichthyology fra LSU og universiteter og museer i hele USA og i Mexico, brugte stærkt bevarede områder af dyregener, kaldet ultrakonserverede elementer (UCE'er), at samle en af ​​de mest datarige fylogenier af fisk til dato. Undersøgelsesforfatterne, herunder LSU -fakultetsmedlemmer Prosanta Chakrabarty og Brant Faircloth, ønskede at afdække, hvordan en gruppe fisk, der omfatter alt fra piranhaer til havkat, som generelt ikke ligner noget, kunne være så forskelligartet og alligevel tæt forbundet.

Disse forskere ønskede også at undersøge, om nogle Ostariophysi -fisk måske ligner hinanden og alligevel er mere evolutionært fjernt end tidligere antaget. De brugte hundredvis af UCE'er (genetiske elementer) ad gangen til at rekonstruere et livstræ for disse fisk. Livets træ for disse fisk, som vi kendte det tidligere, har primært været baseret på morfologi (egenskaber som skeletstrukturer og funktioner i nervesystemet), eller bare et par gener.

"UCE'er blev opdaget kort efter det menneskelige genomprojekt; det er mærkelige områder af genomet, eller hele vores DNA, der forbliver relativt bevaret i dybe perioder, hvilket gør dem lette at finde og opnå ved hundredvis, "sagde Prosanta Chakrabarty, undersøgelsens første forfatter og kurator for fisk på LSU Museum of Natural Science. "Vi forstår ikke deres funktion eller formål fuldt ud, men folk på UCLA og LSU begyndte blandt andet at bruge UCE'er til bedre at forstå dybe relationer i mere vanskelige at håndtere dele af livets træ. "

Ved hjælp af næste generations DNA-sekventeringsteknologier, forskere på LSU og videre kom i gang med at tegne Livets Træ til større ostariophysan-slægter. Deres seneste papir i Systematisk biologi etablerer nogle overraskende forhold til Characiformes, en rækkefølge af fisk med fisk, herunder tetras og piranhaer, der er en af ​​de mest omdiskuterede grupper inden for fiskesystematik. Chakrabarty og kolleger fandt ud af, at på trods af nogle lignende morfologier, fisk i de to Characiformes -underordninger Citharinoidei og Characoidei er tættere beslægtet med andre ostariophysan -klader end med hinanden.

"De to store gruppers forhold characiner og citharinoider, viste dem ikke som hinandens nærmeste slægtninge, "Sagde Chakrabarty." Det er tandede sølvfarvede fisk, og vi fandt, at characinerne (herunder tetras) er tættere beslægtet med havkat end med citharinoiderne. Vi konkluderer, at Characiformes er parafyletiske, eller at de har mere end en enkelt oprindelse. Du ville forvente, at piranhaer og afrikanske tigerfisk er nært beslægtede bare ved at se på dem, men de træk, der tidligere blev antaget at forene dem, blev faktisk født ud af konvergens snarere end en fælles herkomst. "

At belyse, hvordan arter på Ostariophysi -træet er relateret til hinanden, kan hjælpe forskere med bedre at forstå, hvordan denne gruppe, som indeholder flere arter end fugle eller pattedyr og omfatter dyr, der kommunikerer med elektricitet, lyd og feromoner, har været så succesrig. Brug af viden om forholdet inden for denne gruppe af fisk, der udviklede sig på det gamle superkontinent Gondwana, kan også hjælpe os med bedre at forstå, hvordan Indien, Madagaskar, Australien, Antarktis, Afrika og Sydamerika var engang en del af en enkelt landmasse, der brød fra hinanden. Arterelationer kan fortælle os meget om gammel geografi og andre miljøforhold.

"Dette var måske det mest udfordrende papir, jeg nogensinde har arbejdet på, "Sagde Chakrabarty." Det har været mere end fire års arbejde med mange samarbejdspartnere. Ostariophysi er en særlig problematisk gruppe af fisk at forstå ikke kun på grund af deres størrelse og rækkevidde på tværs af alle kontinenter, men fordi de udviklede sig for mere end 100 millioner år siden - og tilsyneladende ifølge vores arbejde og andres arbejde, de store gruppers oprindelse skete meget hurtigt. Vores håb var, at UCE'er ville være i stand til at skille relationerne mellem hver af de store slægter. "

Et af de vanskeligste aspekter af forskningsprojektet var at analysere de enorme mængder sekventeringsdata indsamlet fra fiskeprøver, der repræsenterer over 30 arter indsamlet fra hele verden af ​​American Museum of Natural History og Chakrabartys laboratorium på LSU Museum of Natural Science. Men hårdt arbejde har sine fordele. Denne uge, Chakrabarty og kollegers nye Ostariophysi Tree of Life lavede forsiden af Systematisk biologi , med omslagskunst udviklet af LSU Museum fugleforsker Subir Shakya, også en talentfuld videnskabelig illustrator og kunstner.