Tempo de evoluție trofică și impactul său asupra diversificării mamiferelor PNAS
Editat de David B. Wake, Universitatea din California, Berkeley, CA și aprobat pe 20 martie 2012 (primit pentru examinare 20 octombrie 2011)
Abstract
Mamiferele se caracterizează prin adaptările complexe ale dentiției lor, care indică faptul că dieta a jucat un rol critic în istoria lor evolutivă. Deși multă atenție s-a concentrat asupra dietei și a adaptărilor impozitului specific, rolul dietei în tiparele de diversificare pe scară largă rămâne nerezolvat. Au fost propuse ipoteze contradictorii, ceea ce face dificilă predicția relației așteptate. Arătăm că rata diversificării nete (efectul cumulativ al speciației și dispariției) diferă semnificativ în rândul mamiferelor vii, în funcție de strategia trofică. Ierbivorele se diversifică cel mai rapid, carnivorele sunt intermediare, iar omnivorele sunt cele mai lente. Ritmul tranzițiilor dintre strategiile trofice este, de asemenea, extrem de părtinitor: cele mai rapide rate apar în omnivoriu din erbivor și carnivor și cele mai mici rate de tranziție sunt între erbivor și carnivor. Diversitatea existentă a erbivorelor și carnivorilor a apărut în primul rând prin diversificarea în linii, în timp ce diversitatea omnivoră a evoluat prin tranziții în strategie. Abilitatea de a specializa și subdiviza nișa trofică a permis erbivorelor și carnivorelor să evolueze o diversitate mai mare decât omnivorele.
Pornind din datele publicate, am compilat un set de date de diete pentru peste o treime din speciile de mamifere (depozitul Dryad, http://dx.doi.org/10.5061/dryad.vr28vf67). Am aplicat aceste date unei filogenii practic complete a mamiferelor vii (5.020 specii din ref. 1, bazată pe ref. 18) și le-am analizat folosind metode comparative filogenetice care estimează simultan diversificarea și ratele de tranziție (19, 20).
Rezultate si discutii
Am compilat date dietetice detaliate cu privire la observațiile primare ale dietelor de mamifere din literatura științifică și apoi, utilizând criterii uniforme, am clasificat fiecare specie fie ca erbivor (specialist în producătorii primari), carnivor (specialist în consumatori), fie ca omnivor generalist, consumând atât material vegetal, cât și animal). Folosind aceste date și o filogenie calibrată în timp practic la nivel de specie completă a mamiferelor vii (ref. 1, bazată pe ref. 18) putem confirma că strategiile trofice ale mamiferelor nu sunt distribuite uniform între taxonii de mamifere (Fig. 1). Unele clade sunt aproape exclusiv carnivore (de exemplu, Cetartiodactyla acvatică, cum ar fi balenele și delfinii; Carnivora acvatică, cum ar fi focile și morsele) sau erbivore (de exemplu, Cetartiodactyla terestre, cum ar fi căprioarele, vacile și antilopa), iar altele par să schimbe frecvent între omnivori și ierbivori (de exemplu, primate) sau omnivori și carnivori (carnivori terestre precum urșii, câinii și vulpile). Am folosit această variabilitate pentru a analiza ritmul evoluției trofice la mamiferele vii și impactul dietei asupra speciației și dispariției.
Filogenia tuturor celor 1.530 de specii de mamifere pentru care avem date dietetice; culoarea ramurilor este un ghid dur al dietei: ierbivore, verde; carnivore, albastre; și omnivore, violet. Arborele prezentat aici reprezintă unul dintre cei 100 de arbori utilizați în analiză și doar unul dintre numeroasele istorii de caractere posibile utilizate în cadrul analizelor noastre. Această cartografiere a dietei pe copac, spre deosebire de reconstrucțiile utilizate intern de diversitree (19), a fost făcută în scopuri ilustrative, fără a lua în considerare ratele de diversificare. Topologia și lungimile ramurilor sunt de la ref. 1.
Montarea modelului și estimările parametrilor celor opt modele evolutive
În modelul cel mai potrivit, analizat folosind metodele Bayesian Markov Chain Monte Carlo (MCMC), erbivorele au cea mai mare rată de diversificare netă, carnivorele au o rată considerabil mai mică, iar omnivorii au cea mai mică rată (Fig. 2A). Mai mult, ritmul tranzițiilor dintre strategiile trofice este extrem de părtinitor. În mod surprinzător, cele mai mari rate apar în omnivoriu din erbivor și carnivor și cele mai mici rate cu tranziții aproape zero apar între erbivor și carnivor (Fig. 2B). Aceste rezultate sunt susținute de estimările parametrilor de probabilitate maximă din primele patru modele cele mai potrivite care variază în ΔAIC de la 19,9 la 48,9 (Tabelul 1); rata de diversificare netă este cea mai mare la erbivore, intermediară la carnivore și cea mai mică la omnivore; cea mai mare rată de tranziție este în omnivor. Astfel, diversitatea omnivore evoluează în primul rând prin tranziții în acea strategie și rareori prin diversificare în linii omnivore, în timp ce diversitatea erbivore și carnivore este produsă în principal prin diversificare.