Американские дубы произошли от общего северного предка
Если бы вы оказались в северной Канаде 45 миллионов лет назад, вы могли бы встретить далёкого предка всех дубов Северной и Южной Америки. Этот единственный вид дал начало 220 другим видам и двум отдельным линиям — красным дубам и белым дубам, — которые двинулись на юг через бореальную зону, заселив огромные территории континента вплоть до Мексики.
Эти два вывода — одновременная эволюционная диверсификация красных и белых дубов, следовавших одним и тем же географическим маршрутам, и два относительно недавних происхождения мексиканских дубов — стали неожиданным решением научной загадки. Исследование, опубликованное на этой неделе в журнале New Phytologist, впервые рассказывает эту историю эволюции американских дубов.
Используя комбинацию секвенирования ДНК нового поколения и статистических экологических методов, исследователи вывели наиболее детальную и полную на сегодня эволюционную историю для рода Quercus. Их работа показывает, что две основные группы дубов Северной Америки — красные и белые дубы — независимо и одновременно радиировали за последние 45 миллионов лет от общего предка.
- Параллельное расселение: Красные и белые дубы одновременно заполнили экологическое пространство в Калифорнии и доступные местообитания восточной части Северной Америки.
- Миграция в Мексику: Затем, между 10 и 20 миллионами лет назад, обе группы двинулись в горы Мексики.
- Взрывное видообразование: В Мексике обе группы начали диверсифицироваться с повышенной скоростью, быстро заполняя экологические ниши и производя виды быстрее, чем на севере.
«Несмотря на то, что род Quercus доминирует в лесных экосистемах Северной Америки и Мексики как по численности, так и по биомассе, до этого исследования мы очень мало знали о взаимоотношениях между видами и даже о генетической самобытности многих дубов», — сказал ведущий автор Эндрю Хипп из Мортонского дендрария.
Решение давней загадки: Результаты объясняют давний вопрос, который изучала соавтор Жаннин Кавендер-Бэйрс из Университета Миннесоты: почему неродственные виды дубов встречаются вместе чаще, чем ожидалось?
«Включение мексиканских дубов в анализ было критически важным, — говорит Кавендер-Бэйрс. — Они показали резко возросшие темпы диверсификации как следствие динамичного подъёма горных цепей в этом регионе с вулканической активностью примерно 10–20 миллионов лет назад».
Методология: Чтобы прийти к выводам, исследователи потратили годы на сбор образцов и экстракцию ДНК из более чем 300 проб дуба из США, Мексики и Центральной Америки. Учёные прочитали большое количество участков генома каждого образца с помощью методов секвенирования ДНК нового поколения, а затем вычислительными методами реконструировали примерно 40 000 участков генома. Их статистический анализ позволил оценить «древо жизни» дубов и восстановить эволюционную историю экологической и видовой диверсификации рода.
«Проникновение умеренных линий, таких как дубы, в Латинскую Америку, знаменует интересный биогеографический катализатор в развитии горных растительных сообществ Мексики, — сказал соавтор Пол Манос из Университета Дьюка. — Разрозненные ископаемые записи пыльцы из озёрных отложений давали некоторые свидетельства о том, когда дубы прибыли, но теперь у нас есть независимая оценка на основе калиброванной филогении и разумные гипотезы об экологических драйверах этих двух параллельных радиаций красных и белых дубов».