Editat de David B. Wake, Universitatea din California, Berkeley, CA și aprobat la 22 august 2003 (primit pentru examinare 9 iunie 2003)

recurente

Articol conex

Abstract

Testarea ipotezei. Pentru testarea ipotezelor cu origini multiple ale aposematismului, am comparat arborele optim (ipoteza alternativă) cu arborii constrânși să reprezinte ipoteze nule ale unuia, a două, a trei și a patru origini ale colorării evidente. Parametrii de evoluție a secvenței au fost estimate utilizând probabilitatea maximă în cadrul modelului GTR + G + I. Am folosit proceduri parametrice de bootstrapping (29) pentru a evalua 500 de seturi de date simulate generate folosind seq-gen 1.2.5 (30) pentru fiecare test. Deoarece secvențele GenBank au fost mai scurte decât secvențele noastre (adică 900 vs. 2.298 perechi de baze), au fost utilizate doar regiunile în comun (configurația iii de mai sus). Astfel, testele de bootstrapping sunt mai conservatoare; cu mai puține date, ipoteza nulă este mai dificil de respins (31)

Analiza filogenetică fără constrângeri topologice a indicat cinci origini ale colorării strălucitoare. Acest arbore a fost comparat cu alte topologii care au fost constrânse să aibă un număr diferit de origini (ipoteze nule). Pentru ipoteza unei singure origini, toate speciile viu colorate au fost constrânse să fie o cladă exclusivă. Pentru ipoteza celor două origini, au fost evaluate toate constrângerile posibile care utilizează combinații perechi ale celor cinci clade viu colorate și a fost utilizat cel mai scurt arbore rezultat (adică cel mai puțin probabil să respingă ipoteza nulă) (o constrângere pentru Dendrobates plus Filobate și o secundă pentru toate celelalte specii viu colorate). Constrângerile pentru trei și patru origini au fost determinate în mod similar prin utilizarea combinațiilor de trei și patru clade.

Pentru a deduce prezența aposematismului, s-a testat o corelație între colorarea vizibilă și toxicitate utilizând testul modificărilor concentrate în macclade 4.0 (32). Modificările reconstituite ale celor două trăsături (colorare vizibilă și prezența toxinelor) pe arborele optim au fost comparate cu o distribuție nulă din 10.000 de seturi de date simulate. Deoarece există unele neînțelegeri cu privire la faptul dacă anumite specii sunt colorate „în mod vizibil”, am repetat testele de modificări corelate în baza a trei criterii: (i) prezența unei colorări strălucitoare evidente pe suprafețele expuse; (ii) un tabel publicat al scorurilor de colorare (33) pentru 21 de specii, cu interpolare de specii suplimentare pe baza experienței noastre pe teren cu aceste animale în viață, utilizând note de teren și fotografii; și (iii) o definiție taxonomică tradițională, în care speciile de Dendrobates, Filobates, Allobates, Cryptophyllobates și Epipedobates sunt punctate ca evidente, iar speciile de Colostethus sunt punctate ca fiind criptice (vezi Tabelul 1). Diferitele criterii au afectat trei specii (Allobates femoralis, Epipedobates boulengeri și Epipedobates sp. F), dar rezultatele testelor de corelație au fost aceleași, indiferent de definiția colorării evidente.

Rezultate si discutii

Rezultatele analizei parsimonii, probabilității și analizei bayesiene au fost extrem de concordante și au fost identificate patru clade bine susținute (Fig. 1a, clade AD), fiecare cu specii vizibil colorate. În ceea ce privește topologia parsimonii (Fig. 1), cea mai parsimonieră reconstrucție arată cinci origini independente ale colorării de avertizare (numele speciilor sunt îndrăznețe). O reconstrucție mai puțin parsimonieră a șase schimbări necesită trei origini și trei pierderi. În ceea ce privește probabilitatea și topologiile bayesiene (Fig. 2), reconstrucția necesită, de asemenea, cinci origini (prezentate sub formă de cutii gri); o reconstrucție mai puțin parsimoniosă, presupunând că nu există pierderi, necesită șapte origini.

(a) Filogenia broaștelor otrăvitoare. Numele de specii în negru se referă la specii vizibile și (din câte se știe) toxice. Denumirile în gri se referă la specii criptice și netoxice. Arborele prezentat se bazează pe analiza parsimoniului, dar arborele de probabilitate (Fig. 2) este aproape identic. Relația sora-grup a cladelor C și D a fost recuperată în toate cele trei tipuri de analize. În analiza parsimonii, relația sora-grup a cladelor B și C a fost susținută în mod egal, dar această topologie nu a fost cea mai bună estimare în probabilitate sau analiză bayesiană. Nici o alternativă (clada C + D vs. clada B + C) nu este puternic susținută de proporțiile bootstrap sau de probabilitățile bayesiene posterioare. Proporțiile de bootstrap de parsimonii sunt deasupra fiecărei ramuri, iar probabilitățile bayesiene posterioare sunt mai mici. *, o valoare ≥95. (b) Filogenia moleculară anterioară a broaștelor otrăvitoare (33). Diferența dintre a și b se datorează gradului de eșantionare a taxonului.

Topologia probabilității, cu casete gri care reprezintă numele speciilor prezentate în negru în Fig. 1. Coloana de fotografii din stânga prezintă specii criptice și netoxice reprezentative, iar coloana din dreapta prezintă specii vizibile și toxice (toxicitatea lui A. zaparo este necunoscută). Icoanele furnicilor indică două origini ale dietei specializate, iar o posibilă a treia origine este indicată de un semn de întrebare.

Cu excepția Cryptophyllobates azureiventris, pentru care nu sunt disponibile date despre toxine, fiecare grup de specii vizibil colorate include specii cu alcaloizi toxici ai pielii (vezi Tabelul 1 și ref. 14). Testul modificărilor corelate indică faptul că aspectele independente ale colorării evidente și ale alcaloizilor pielii sunt semnificativ corelate (P 10 pași mai lungi decât cea mai mare diferență față de datele simulate. Nu am putut respinge cele patru origini ale aposematismului (P = 0,782), indicând faptul că două origini observate ale aposematismului în grupul Epipedobates din cadrul cladei C (Fig. 1) nu pot fi distinse statistic de o origine. Cu toate acestea, setul redus de 900 de perechi de baze utilizate pentru simulări diminuează puterea acestor teste. mai multe specii de Epipedobates și altele secvențe complete, ar fi necesare pentru a distinge între patru sau cinci origini independente ale aposematismului în broaștele otrăvitoare.

O caracteristică izbitoare a multiplelor origini este că acestea apar la diferite scale de timp, indicând origini recurente prin istoria evoluției. Aposematismul a avut o singură origine antică la baza cladei D (Dendrobates plus Filobates) și nu s-a pierdut la niciun descendent din această cladă. Datele despre alcaloizi sunt disponibile pentru majoritatea speciilor din această cladă și toate sunt toxice. Celelalte origini ale aposematismului sunt mult mai recente. De exemplu, divergența secvenței (distanța p necorectată) între Colostethus machalilla colorată criptic și speciile sale toxice, roșii strălucitoare Epipedobates tricolor (Fig. 2) este doar 0,9-1,0%. Această din urmă specie este sursa naturală de epibatidină, un alcaloid care este un analgezic opioid (18). În schimb, divergența în aceleași gene este de 1,7–5,7% între cinci specii bine diferențiate și izbitor de variabile și de culori vii din grupul Dendrobates pumilio (Fig. 1). O astfel de divergență genetică scăzută nu este neapărat incompatibilă cu divergența extremă de culoare, deoarece modelul de culoare în unele organisme model este controlat de foarte puține gene (35). Cu toate acestea, divergența genetică scăzută sugerează labilitatea microevolutivă a semnalelor defensive și toxicitatea la aceste broaște.

O corelație semnificativă între schimbarea evolutivă a gradului de colorare vizibilă și gradul de toxicitate la broaștele otrăvitoare a fost demonstrată (33) sub ipoteza unei singure origini a aposematismului, iar această corelație se menține sub o ipoteză de origini multiple. Cu toate acestea, nu am găsit nicio corelație semnificativă între apariția fiecărei trăsături sub ipoteza cu o singură origine (testul modificărilor corelate; P = 0,975). Totuși, așa cum s-a menționat mai sus, aparițiile independente de colorare vizibilă și toxicitate în ipoteza originilor multiple sunt semnificativ corelate (P § Cui îi trebuie adresată corespondența la: Secția de biologie integrativă C0930, 1 University Station, University of Texas, Austin, TX 78712. Email: jcsantosmail.utexas.edu .

Această lucrare a fost trimisă direct (pista II) la biroul PNAS.

Depunerea datelor: Secvențele raportate în această lucrare au fost depuse în baza de date GenBank (numere de acces AY364538 - AY364580).