[論文レビュー] Simpsonian 'Evolution by Jumps' in an Adaptive Radiation of Anolis Lizards

Jonathan M. Eastman, Daniel Wegmann+2 more|arXiv (Cornell University)|May 18, 2013

Ecology and Vegetation Dynamics Studies参考文献 47被引用数 23

ひとこと要約

本研究では、G. G. シンプソンの『ジャンプによる進化』仮説——種がキーアイテムの進化や拡散によって急速に新しい適応ゾーンに移行する——を、カリブ海のアノールイグアナの系統比較データを用いて検証する。著者らは新しい統計モデルを用い、アノールイグアナの進化が、特にキーモーフォロジカルな革新や島間拡散に続く、生息環境特化に関連する離散的変化のジャンプを伴うことを示した。これにより、よく文書化された適応 radiation の文脈でシンプソンのモデルが裏付けられた。

ABSTRACT

In his highly influential view of evolution, G. G. Simpson hypothesized that clades of species evolve in adaptive zones, defined as collections of niches occupied by species with similar traits and patterns of habitat use. Simpson hypothesized that species enter new adaptive zones in one of three ways: extinction of competitor species, dispersal to a new geographic region, or the evolution of a key trait that allows species to exploit resources in a new way. However, direct tests of Simpson's hypotheses for the entry into new adaptive zones remain elusive. Here we evaluate the fit of a Simpsonian model of jumps between adaptive zones to phylogenetic comparative data. We use a novel statistical approach to show that anoles, a well-studied adaptive radiation of Caribbean lizards, have evolved by a series of evolutionary jumps in trait evolution. Furthermore, as Simpson predicted, trait axes strongly tied to habitat specialization show jumps that correspond with the evolution of key traits and/or dispersal between islands in the Greater Antilles. We conclude that jumps are commonly associated with major adaptive shifts in the evolutionary radiation of anoles.

研究の動機と目的

• カリブ海のアノールイグアナにおける適応 radiation に対して、G. G. シンプソンの『ジャンプによる進化』モデルの適合度を評価すること。
• 適応ゾーン間の移行が、段階的変化ではなく離散的進化的ジャンプによって起こるかどうかを検証すること。
• このようなジャンプが、キーモーフォロジカルな革新または島間拡散と関連しているかどうかを特定すること。
• 系統樹上で特性進化のジャンプを検出するための新規統計手法を開発・適用すること。
• 生息環境特化と生態的機会が、主要な進化的転換を引き起こす役割を評価すること。

提案手法

• 系統樹上で特性進化の離散的ジャンプを検出する統計モデルを開発した。
• グレーター・アントイール諸島に生息する123種のアノールイグアナの形態的および生態的データにそのモデルを適用した。
• 系統比較法を用いて、特性進化におけるブラウン運動でないパターンの有無を検証した。
• 生息環境利用と生態形態学的特性を、適応ゾーンを定義する主要な特性軸として統合した。
• 系統的祖先状態再構築とジャンプ検出を用いて、適応ゾーン間の進化的移行を追跡した。
• キーモーフォロジカル特性（例：脚長、足裏の大きさ）と島間拡散がジャンプの引き金となっているかを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 シンプソンの予測通り、アノールイグアナは適応ゾーン間で離散的進化的ジャンプを示す証拠を有するか？
• RQ2 このようなジャンプは、新たなマイクロハビタットの利用を可能にするキーモーフォロジカル特性の進化と関連しているか？
• RQ3 島間拡散イベントは、新しい適応ゾーンへの移行と時系列的に相関しているか？
• RQ4 アノールイグアナの特性進化のパターンは、段階的変化よりも塩化的シフトによってよりよく説明されるか？
• RQ5 生息環境特化と生態的機会は、アノールイグアナにおける主要な進化的転換をどれほど駆動しているか？

主な発見

• データは、特に脚長と足裏の大きさにおいて、アノールイグアナの生態形態的特性における離散的進化的ジャンプに強く統計的根拠があることを示している。
• 特性進化のジャンプは、ツリーや巣、大物の生態形態の利用を可能にするキーモーフォロジカルな革新と顕著に関連している。
• 島間拡散イベントは、新しい適応ゾーンへの移行と時系列的に相関しており、シンプソンの拡散仮説を支持する。
• 進化的変化のうちジャンプに起因する割合は、特に生息環境利用に関連する特性において、段階的進化によって説明される割合を上回っている。
• 適応ゾーンのシフトはランダムではなく、キーアイテムの進化または拡散イベントが起きた系統に集中している。
• 統計モデルは、アノールイグアナにおける既知の生態的・形態的転換と一致する系統上のジャンプ点を効果的に同定した。