早期对脂鲤类生物地理学的研究表明,新热带地区可能是脂鲤形目鱼类的发源地

《Ecology and Evolution》:Early Biogeography of Otophysi Points to the Neotropics as the Cradle of Characiphysan Fishes

【字体: 时间:2025年11月17日 来源:Ecology and Evolution 2.3

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  哺乳动物中基因转移事件研究:基于线粒体和核基因组数据的系统发育分析揭示Ostariophysan鱼类(包括鲈形目、鲶形目等)的系统发育框架及板块构造影响下的地理分布演化。整合687种Ostariophysan鱼类的线粒体基因组数据和四个核基因数据集,通过贝叶斯和最大似然方法重建了高度支持的系统发育树,显示Cypriniformes与Characiphysi的分化源于Laurasia和Gondwana的板块分裂(约93.9百万年前),并证实了Characiformes的单一性。时间树分析表明,Otophysi的祖先可能起源于泛大陆分裂前的广泛分布。地理分布重建发现,Siluriformes和Gymnotiformes的祖先分布可能受古热带带收缩(白垩纪末至新生代)影响,而非洲Characiformes(如Citharinoidei)和南美Characiformes的分化与Gondwana西部的分裂和后续跨大陆扩散相关。新测序的239个线粒体基因组补充了GenBank数据,为后续研究提供了资源。

  这项研究聚焦于淡水鱼类中的一个关键类群—— Ostariophysi(Otophysi),其代表了地球上约70%的淡水鱼类多样性,涵盖超过12,000个物种。这些鱼类在进化史上的分布和起源一直是生物学家关注的焦点,尤其是它们如何在全球范围内扩展并形成如今的多样性。研究者采用了一种综合策略,结合完整的线粒体基因组和四个核基因的序列数据,以重建Otophysi的系统发育关系,并探索其早期的生物地理历史。这种多基因组数据的整合方法为理解这一类群的演化提供了新的视角。

研究团队对687种Otophysi鱼类进行了详尽的系统发育分析,其中包含了529种Characiformes(如鲑鱼、短吻鱼等)、2种Gonorhynchiformes、41种Cypriniformes(如鲤科鱼类)、17种Gymnotiformes(如电鳗)和98种Siluriformes(如鲶鱼)。这些数据集包含21,701个对齐的位点,其中15,707个为可变位点。这种广泛的分类学采样,不仅涵盖了多个鱼类科,还特别关注了那些在之前研究中未被充分代表的群体。研究者利用了多种分析方法,包括贝叶斯和最大似然法,以及分子钟模型来推断系统发育树和分化时间。此外,还应用了基于模型的最大似然祖先区域重建,以进一步揭示Otophysi鱼类的早期生物地理演化模式。

研究结果显示,Otophysi的系统发育树具有高度的支持度,这表明通过整合线粒体和核基因数据可以更准确地重建其演化关系。例如,Characiformes(如鲑鱼、短吻鱼等)在核基因数据中表现出高度的单系性,而在线粒体数据中则支持性较弱。这说明,虽然线粒体基因组在进化速率和可变位点数量上具有优势,但核基因在解析更深层次的系统发育关系方面更为可靠。这种数据整合策略有效缓解了长枝吸引(long-branch attraction)带来的误差,提升了系统发育分析的准确性。

研究还发现,Otophysi的分化时间与地质事件密切相关。例如,Otophysi的分化可能起源于早白垩纪,与劳亚大陆和冈瓦纳大陆的分离同步。在随后的地质演化过程中,这些鱼类经历了多次分化事件,其中一部分与冈瓦纳大陆的碎片化和热带带的收缩有关。特别是,Characiformes和Cypriniformes的分化被认为与劳亚大陆和冈瓦纳大陆的分离有关。研究进一步指出,Characiphysi的起源可能位于西冈瓦纳,而其随后的扩展需要通过跨大陆的扩散来解释。

研究者还利用了祖先区域重建的方法,以探讨Otophysi鱼类的生物地理演化路径。分析结果显示,Otophysi的祖先范围可能在早白垩纪广泛分布于非洲、南美洲和欧亚大陆,随后由于大陆漂移和板块运动,这些鱼类逐渐分化。在非洲和南美洲之间的分化事件可能与冈瓦纳大陆的分裂有关,而某些非洲鱼类的分布则可能通过跨大陆的扩散机制,如古地理和古气候的变化,实现了扩展。研究还发现,非洲的Characiformes(如Alestoidea)可能在南美洲和非洲之间发生了多次扩散和分化事件,特别是在晚白垩纪到古新世期间,这些鱼类可能通过海洋通道或陆地连接实现了跨大陆传播。

此外,研究者发现,Otophysi的分化时间与地球历史上的重大地质事件密切相关。例如,冈瓦纳大陆的分裂可能促成了Characiphysi的分化,而随后的地理变化可能影响了其进一步的分布。一些早期的分化事件可能与古气候和古地理条件有关,如热带带的收缩和海洋退缩。这些变化为鱼类的扩散和分化提供了机会,尤其是在淡水生态系统中,地理屏障的形成和变化可能影响了物种的分布模式。

值得注意的是,研究还发现了一些可能的进化机制,例如通过跨大陆的扩散和扩散-分歧模型来解释某些鱼类的分布模式。这些机制可能包括古气候条件下的水文变化,如海洋退缩、淡水脉冲事件,以及陆地连接的形成。例如,研究者提到,一些鱼类可能通过古海洋通道或陆地走廊实现了跨大陆传播,而这些事件在晚白垩纪到古新世期间尤为显著。这些发现不仅揭示了Otophysi鱼类的演化路径,也为理解淡水鱼类的分布模式提供了新的视角。

研究的结论表明,Otophysi鱼类的系统发育和生物地理演化受到板块构造和古地理变化的深刻影响。尤其是,冈瓦纳大陆的分裂和热带带的收缩可能促成了Characiphysi的分化,而Cypriniformes和Characiformes的分化则与劳亚大陆和冈瓦纳大陆的分离密切相关。此外,跨大陆的扩散机制在解释某些鱼类的分布模式中发挥了重要作用,尤其是在非洲和南美洲之间的扩散。研究还指出,这些跨大陆扩散事件可能涉及多种机制,包括古水文条件的变化、陆地连接的形成,以及某些鱼类的适应性特征,如耐旱的卵和适应低氧环境的能力。

这项研究的意义在于,它不仅提供了关于Otophysi鱼类系统发育的新的证据,还揭示了其生物地理演化过程中的关键因素。通过整合线粒体和核基因数据,研究者能够更准确地解析这些鱼类的演化历史,并识别出与地质事件相关的分化时间。这些发现有助于进一步理解淡水鱼类的演化模式,并为未来的研究提供了重要的数据支持和理论框架。此外,研究还强调了在处理复杂系统发育关系时,数据整合和多样化采样的重要性,以及在解释分化事件时,结合古地理和古气候因素的必要性。
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