La vita su una spiaggia porta alla divergenza fenotipica nonostante il flusso genetico per una lucertola dell'isola

Jun 26, 2023

Biologia delle comunicazioni volume 6, numero articolo: 141 (2023) Citare questo articolo

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La limitata separazione spaziale all'interno delle piccole isole suggerisce che la divergenza osservata nella popolazione può verificarsi a causa delle differenze di habitat senza interruzione del flusso genetico, ma le prove concrete di ciò sono scarse. La lucertola muraiola Teira dugesii vive sulle spiagge di ciottoli e negli habitat interni dell'isola di Madeira in netto contrasto. Abbiamo utilizzato un disegno di campionamento a coppie abbinate per esaminare la divergenza morfologica e genomica tra quattro spiagge e aree interne adiacenti (<1 km). Le popolazioni della spiaggia sono significativamente più scure delle corrispondenti popolazioni dell'entroterra. Le analisi morfometriche geometriche rivelano divergenze nella morfologia della testa: le lucertole da spiaggia hanno generalmente musi più larghi. La genotipizzazione mediante sequenziamento consente di rifiutare l'ipotesi che le popolazioni della spiaggia formino un lignaggio distinto. Le analisi bayesiane forniscono un forte supporto per i modelli che incorporano il flusso genico, rispetto a quelli che non lo fanno, replicati in tutte le coppie di siti corrispondenti. Le lucertole di Madeira mostrano divergenze morfologiche tra gli habitat a fronte del flusso genetico, rivelando come la divergenza possa avere origine all'interno di piccole isole.

Il flusso genico impedisce la divergenza tra le popolazioni riducendo le differenze nelle frequenze alleliche e facilitando la rottura delle associazioni tra i loci. Tuttavia, studi genomici dettagliati sulla popolazione di alcuni organismi modello, tra cui gli spinarelli1, le lumache pervinca2 e gli insetti stecco3, hanno dimostrato come la divergenza e la speciazione possano verificarsi in presenza di flusso genico. Uno scenario è l’esistenza di una forte selezione divergente tra ambienti diversi. In linea di principio, la divergenza potrebbe accumularsi attorno ai loci in fase di selezione mentre i loci neutri verranno omogeneizzati dal flusso genico4. Esistono prove empiriche che il flusso genico neutro continua dopo la colonizzazione di un nuovo ambiente5. Tuttavia, è anche possibile che il flusso genico possa essere ridotto in tutti i loci mediato, ad esempio, dalla selezione contraria alla migrazione quando ciò porta a una minore fitness nel nuovo ambiente6,7,8. Il numero di esempi chiari è relativamente piccolo ed è necessaria l'identificazione di nuovi organismi modello per ottenere maggiori informazioni sulla genomica delle popolazioni e sulla divergenza tra ambienti.

Le piccole isole oceaniche hanno fornito ottimi modelli per gli studi sulla divergenza e sulla speciazione, e le lucertole sono uno dei vertebrati più frequentemente studiati. Molte specie insulari occupano una maggiore varietà di ambienti rispetto alle controparti continentali e questo può fornire opportunità per esaminare la divergenza e il flusso genetico tra gli habitat. Ad oggi, sembrano esserci pochi esempi che dimostrano una divergenza adattativa all'interno dell'isola con il flusso genico in corso. Invece, molti studi hanno dimostrato che le interruzioni storiche o attuali del flusso genetico hanno contribuito alla divergenza e alla speciazione della popolazione9,10,11,12, con eventi vulcanici come valanghe di detriti e grandi colate di lava spesso implicati11,13,14.

Una migliore comprensione di come si origina la divergenza all’interno dell’isola può anche essere importante per spiegare come si sviluppano le comunità insulari. Le risposte adattative a diversi microhabitat sembrano spiegare parzialmente l'esistenza di insiemi di specie comprendenti ecomorfi distinti all'interno di alcune isole15,16 sebbene, come descritto sopra, è probabile che anche l'interruzione del flusso genico dovuta all'isolamento spaziale sia stata importante17. Oltre a questi approcci storici, gli studi a livello di popolazione delle specie che mostrano una divergenza incipiente all’interno di una singola isola potrebbero fornire informazioni migliori sul fatto che l’isolamento della popolazione sia un prerequisito per l’evoluzione all’interno dell’isola. Questi studi sono facilitati da metodi in grado di esaminare il flusso genico storico e attuale basato sul coalescente18,19,20, con approcci recenti che sono altamente adatti per l'uso con dati genomici21. Qui esaminiamo la divergenza associata all'habitat tra le popolazioni e il grado di flusso genico tra di loro.