Sympatrische oder mikroallopatrische Speziation im Gletschersee? Genomische Inseln unterstützen beides nicht

Artbildung ist eines der Kernthemen der Evolutionsbiologie. Sympatrische Speziation ist die Entwicklung der reproduktiven Isolation ohne geografische Barrieren, bei der neue Arten aus einer einzigen Ahnenpopulation hervorgehen. Der bidirektionale Genfluss zwischen Arten kann jedoch die Populationsdivergenz in den frühen Stadien der sympatrischen Artbildung verzögern oder sogar umkehren, was Zweifel an diesem Artbildungsmuster aufkommen lässt.

Gymnocypris eckloni scoliostomus (GS) und G. eckloni eckloni (GE), zwei Schwesterunterarten von G. eckloni (Cyprinidae: Schizothoracinae: Gymnocypris), sind sympatrisch im Sunmcuo-See auf dem Qinghai-Tibet-Plateau verbreitet. Trotz ihrer engen Verwandtschaft weisen diese beiden Unterarten signifikante Unterschiede in Morphologie, Fresspräferenz und Fortpflanzungsmerkmalen auf. Die Divergenzzeit zwischen den GS- und GE-Linien wird auf 20–60 Kya geschätzt. Alle diese Eigenschaften zeigen, dass GS und GE die biogeografischen Kriterien für sympatrische Artbildung erfüllen, was für die theoretische Untersuchung der sympatrischen Artbildung von entscheidender Bedeutung ist.

Kürzlich demonstrierte eine Forschungsgruppe unter der Leitung von Prof. He Shunping vom Institut für Hydrobiologie (IHB) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften die Artbildungstheorie der sympatrischen Artbildung. Diese Studie wurde im veröffentlicht National Science Review.

Unter Verwendung von Genomdaten in Kombination mit theoretischer Simulation untersuchten die Forscher die genetische Vielfalt, Phylogenie, genetische Struktur, Geschichte der Populationsdynamik, Genfluss, genomische Insel und Selektion der beiden Arten. Sie schlugen vor, dass die sympatrische Speziation ein mikroparapatrisches Speziationsmodell sein könnte.

Die Forscher schlugen dann vor, dass das geografische Ausmaß der Speziation basierend auf dem Genfluss während der Speziation definiert werden sollte. Beispielsweise gibt es während der allopatrischen Artbildung keinen Genfluss, während der Genfluss während der sympatrischen Artbildung ungehindert sein sollte. Sie identifizierten 54 große genomische Speziationsinseln (≥ 100 kb), die 89,4 % der Gesamtlänge aller genomischen Inseln ausmachten. Obwohl sie eindeutig auf Speziation mit Genfluss hindeuteten und mikroallopatrische Speziation ablehnten, waren die genomischen Inseln zu groß, um die Hypothese einer sympatrischen Speziation zu stützen.

Theoretische und neuere empirische Studien legten nahe, dass ein kontinuierlicher Genfluss in Sympathie zu vielen kleinen genomischen Inseln (so klein wie einige Kilobasen) führen sollte. Somit stimmte das beobachtete Muster mit den umfangreichen Beweisen zur parapatrischen Speziation überein, bei denen benachbarte Lebensräume eine divergierende Selektion erleichtern, aber auch den Genfluss während der Speziation ermöglichen.

Darüber hinaus beherbergten diese Inseln unterschiedliche Gene, die mit Geruchsrezeptoren und Geruchssignalen in Verbindung stehen, die möglicherweise eine wichtige Rolle bei der Nahrungsauswahl und der assortativen Paarung bei Fischen spielen.

Diese Studie legt nahe, dass viele, wenn nicht die meisten der gemeldeten Fälle von sympatrischer Speziation wahrscheinlich mikroparapatrische Speziation sind.