Undersøgelse finder, at black box-metoder brugt af biologer sandsynligvis overvurderer antallet af nye arter

Behøver forskere at "slå lidt på bremsen", før de erklærer, at en art er ny for videnskaben?

En nylig undersøgelse fra University of Kansas offentliggjort i det peer-reviewede tidsskrift Molekylær økologi demonstrerer misbrug og misbrug af metoder, som videnskabsmænd almindeligvis bruger til at placere grænser mellem forskellige arter, især såkaldte "kryptiske" arter, kan føre til overvurdering af artsdiversiteten.

KU-forskere vurderede genetiske forskelle mellem populationer af malaysiske torrentfrøer ved hjælp af to tilgange:For det første, de anvendte artsafgrænsningsmetoder (SDM'er), der fokuserer på identifikation og afgrænsning af genetiske brud i målrettede genområder (DNA -sekvenser) for at bestemme artsgrænser. Sekund, de brugte data indsamlet fra hele genomet til at udføre en omfattende analyse af molekylær variation - for at bestemme, om målrettede genstudier afspejler rigtige "arter".

Den nye undersøgelse, udført af ph.d.-studerende Chan Kin Onn og hans rådgiver, KU-professor Rafe Brown, fandt, at SDM'er udledte op til syv separate arter, mens den mere udtømmende analyse i stedet foreslog den statistisk forsvarlige eksistens af kun tre arter, inklusive forskellige populationer af samme frøart, som havde en historie med at handle gener frem og tilbage.

"SDM'er var effektive til at afgrænse divergerende afstamninger i fravær af genflow, men overvurderede arter i nærvær af markant populationsstruktur og genflow, " skrev forfatterne. Genflow er udveksling af gener fra en population til en anden - såsom udveksling af genetisk materiale mellem frøer, der lever på forskellige bjergkæder, lettere ved migration af individer blandt befolkninger.

"Vi sætter ikke spørgsmålstegn ved analyser eller metoder fra fortiden, men hellere, vi går ind for en mere forsigtig implementering og fortolkning, " sagde Chan Kin Onn, fra KU's Biodiversitetsinstitut og Institut for Økologi og Evolutionær Biologi, der ledede den nye undersøgelse. "Vi siger ikke, at alle de papirer, der beskriver nye arter, er forkerte. Jeg har selv beskrevet arter ved hjælp af SDM'er. Men vi foreslår, at, i nogle tilfælde, vi bør være mere forsigtige, når vi beskriver nye arter, især når genflow mellem arter er involveret. De fleste af de tilgængelige programmer tegner sig ikke for genflow, så hvis genetisk udveksling er til stede, det er en no-brainer. Vi kunne nemt få fejlagtige resultater. Vi foreslår i denne undersøgelse, at succes sandsynligvis er et spørgsmål om at bruge det rigtige værktøj til den rigtige opgave. "

Chan og Browns medforfattere var L. Lee Grismer fra La Sierra University, Yong-Chao Su fra Kaohsiung Medical University i Taiwan, Jesse Grismer fra Auburn University og UCLA, Evan Quah fra Universiti Sains Malaysia og Alana Alexander fra KU.

Forskerne udførte deres sammenlignende analyser på populationer af en gruppe malaysiske torrent frøer af slægten Amolops, som alle oprindeligt blev antaget at være af samme art.

"Disse torrent frøer er vidt udbredt over det meste af Asien, " sagde Chan. "Tidligere undersøgelser behandlede dem som 51 arter. Imidlertid, på halvøen Malaysia, tidligere analyser tydede på, at der kun var én art. Vores undersøgelse startede, da vi undersøgte halvøen ved hjælp af metodologi fra vores sædvanlige undersøgelser - vi fandt disse frøer i overflod i rene skovstrømme. De var så almindelige, at vi ikke var meget opmærksomme på dem. Over tid, imidlertid, vi bemærkede, at forskellige populationer så påfaldende fysisk forskellige ud. Vi spekulerede på, om der kunne være mere end én art i Malaysia."

Chan besluttede at undersøge torrent-frøerne ved at bruge både almindeligt anvendte SDM'er og en mere moderne befolkningsgenomisk tilgang for at se, om der var forskel mellem resultaterne.

"Dette var en metodologisk sammenligningsundersøgelse, "Sagde Chan." Jeg ville undersøge effekten af ​​traditionelle metoder til at identificere nye arter. Jeg var motiveret til at gøre det, fordi 'nye arter' bliver beskrevet som vanvittige i Asien - men de fleste af disse undersøgelser ser på den samme slags data, bruge samme slags analyser og bruge en næsten formel skabelon i undersøgelser af 'artsafgrænsning'. Imidlertid, de fleste af disse artsafgrænsningstilgange tager ikke højde for genflow mellem populationer - en reel, biologisk fænomen. På grund af dette, artsafgrænsningsmodeller passer muligvis ikke korrekt til studier af divergens, når genflow er til stede."

Holdet analyserede 225 torrent-frøprøver ved hjælp af morfologiske, mitokondrie-DNA og genomomfattende enkeltnukleotidpolymorfidata for objektivt at finde artsgrænser, mens der tages højde for tidligere og nuværende genflow mellem frøpopulationerne.

"I nutidens tidsalder for genomisk videnskab, det er virkelig vigtigt at se nærmere på den genetiske struktur, " sagde Chan. "Det er ikke længere tilstrækkeligt blot at identificere genetiske 'brud' mellem populationer for at retfærdiggøre deres anerkendelse som 'ny art'. Vi er også nødt til at undersøge, hvordan gener bevæger sig blandt populationer, og hvordan det påvirker integriteten af ​​artsgrænser."

Næste, Chan vil bruge resultaterne fra Peninsular Malaysian torrent frøer som grundlag for at udføre en større undersøgelse af malaysiske karst gekkoer. Han modtog for nylig en $19, 500 tilskud fra National Science Foundation til at teste hypotesen om økologisk artsdannelse i bøjede gekkoer.

"NSF Dissertation Improvement Grant-programmet gjorde min afhandling mulig, " sagde Chan. "Det er en skam at erfare, at NSF stoppede programmet i år. Hvordan vil fremtidige amerikanske videnskabsmænd lære at skrive NSF-støtteforslag?"

Chan sagde, at hans arbejde med halvøen malaysiske torrentfrøer var et "proof-of-concept" for hans større afhandling med gekkoerne.

"Jeg ønskede at bruge genomiske metoder til at se, om de var i stand til nøjagtigt at afgrænse kryptiske artsgrænser som en testkørsel, " sagde Chan. "Det var enormt vellykket for et system af torrent frøer, som man mente kun omfattede én art. Nu, vi kommer til at anvende den samme ramme til et vidt forskellige system, inklusive dem, der potentielt kan overbeskrives."

Chans samarbejde med Lee Grismer fra La Sierra University, gå i spidsen for forskning om gekkoer i Malaysia (Chans hjemland), har været med til at prioritere bevaringsindsatsen og endda påvirket landskabsanvendelse og forvaltningsplaner i forbindelse med brydning af karstformationer for at bevare en ny, truede arters levested.

"En af hovedårsagerne til, at vi gør dette, er, fordi vi har fundet så mange arter på isolerede karstformationer, hvis levesteder trues af at blive grundet til cement, " sagde Chan. "Vi har opdaget og beskrevet nye arter, der allerede er kendt for at være under risiko for at uddø. Dette skyldes, at det eneste tilgængelige habitat bliver brudt til massiv kommerciel cementproduktion. Det lykkedes for nogle år siden at stoppe et af disse projekter. Nogle bevaringsorganisationer kontaktede os, ordsprog, "I er nødt til at komme og undersøge vores bjerg - cementfirmaerne vil male det ned til støv." Vi besøgte stederne og fandt nye arter af firben, der ikke findes andre steder på Jorden - og cementfirmaet trak sig tilbage. "