Gady z obszaru Morza Egejskiego umożliwiają zgłębianie tajników specjacji
Filogeografia wykorzystuje DNA do badania rozmieszczenia geograficznego różnorodności biologicznej w celu ustalenia procesów ewolucyjnych i ekologicznych, które pozostawiły po sobie genetyczny ślad w żywych organizmach. Zapewnia to perspektywę historyczną, która jest niezbędna do badań nad specjacją, biogeografią, taksonomią i biologią konserwatorską. Leżący w pobliżu Afryki i Azji obszar Morza Egejskiego jest jednym z najbogatszych gatunkowo regionów Europy i stanowi naturalne laboratorium do badań filogeograficznych. Historia geologiczna tego regionu obejmuje wiele okresów, na przestrzeni których bariery morskie pojawiały się i znikały, izolując populacje lub umożliwiając im kontakt ze sobą. Bariery są niezbędnym elementem procesu specjacji, w drodze którego powstają nowe gatunki. W ramach projektu CO-PHY-MED jako organizmów modelowych do przeprowadzenia wielkoskalowej, filogeograficznej analizy porównawczej wielu gatunków zamieszkujących region Morza Egejskiego wykorzystano gady łuskonośne (jaszczurki i węże). „Gady idealnie nadają się do wykorzystania w roli modeli w dziedzinie ekologii i ewolucji ze względu na ich zależność od temperatury, która sprawia, że są szczególnie wrażliwe na zmiany klimatu, oraz różnorodność, którą wykazują w swojej zdolności (lub niezdolności) do pokonywania barier”, mówi główny badacz Panagiotis Kornilios.
Lepsze zrozumienie procesu specjacji
Filogeografia tradycyjnie opiera się na analizie DNA mitochondrialnego, czyli tej części genomu, która zazwyczaj jest dziedziczona tylko od matki. Jednak współczesne badania opierają się na wielu markerach genetycznych, rozproszonych w obrębie całego genomu, aby móc uzyskać bardziej solidne, dokładne i wiarygodne wyniki. Naukowcy zbadali przeszło 700 próbek muzealnych ponad 40 gatunków jaszczurek i węży. Wykorzystując metodę sekwencjonowania nowej generacji (ang. next-generation sequencing, NGS) do analizy tysięcy niezależnych markerów genomowych, określili oni wzorce, które zupełnie różnią się od obecnego stanu wiedzy na temat historii badanych gatunków. „Nasza wiedza na temat podstawowych mechanizmów ulega zmianie, ponieważ wykorzystanie w badaniach w zakresie specjacji i biogeografii wyłącznie DNA mitochondrialnego może prowadzić do otrzymywania zbyt uproszczonych wyników”, wyjaśnia Kornilios. Połączenie analizy DNA mitochondrialnego z analizą metodą NGS daje pełniejszy obraz historii dywersyfikacji badanych organizmów, dostarczając bardziej szczegółowych danych na temat bioróżnorodności i odkrywając jej zagadkowe elementy, a nawet nowe gatunki, oraz regiony geograficzne i istotne bariery, które pełniły rolę czynników napędzających proces specjacji.
Rozbitkowie na wyspie
Niektóre wyniki ujawniają nieoczekiwane wzorce biogeograficzne. Wygląda na przykład na to, że jaszczurki zielone z rodzaju Lacerta skolonizowały Półwysep Bałkański, przedostając się z regionu Azji Mniejszej przez starożytne Morze Egejskie, wykorzystując ówczesne wyspy jako etapy pośrednie. W wyniku tej migracji na wyspach Morza Egejskiego pozostały jaszczurki, które teraz – miliony lat później – możemy określić mianem osobnego, „kryptycznego” gatunku. Tymczasem wyniki badań dotyczących węża czteropasiastego dostarczyły dowodów na istnienie wysp, na których w wyniku wielokrotnych kolonizacji doszło do zmieszania genetycznego populacji osobników zamieszkujących je w czasach starożytnych oraz tych przybyłych na nie w późniejszym czasie. Projekt CO-PHY-MED stanowi innowacyjne, zakrojone na szeroką skalę podejście do porównawczych rekonstrukcji filogeograficznych. Jego realizację rozpoczęto przy wsparciu programu Maria Skłodowska-Curie. „Projekt dostarcza nie tylko szczegółowych dowodów na temat różnorodności biologicznej, ale także jej czynników napędowych. Może on zatem pomóc w skutecznej kontroli i ochronie różnorodności biologicznej, co stanowi duże wyzwanie, zwłaszcza w obliczu zmian środowiskowych”, podsumowuje Kornilios.
Słowa kluczowe
CO-PHY-MED, różnorodność biologiczna, obszar Morza Egejskiego, sekwencjonowanie następnej generacji (NGS), filogeografia, ewolucja, DNA mitochondrialny, wyspy, bariery morskie
