[论文解读] 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 23

一句话总结

本研究通过加勒比海安乐蜥的系统发育比较数据，检验了G. G. 辛普森的‘跳跃式进化’假说——即物种通过关键创新或扩散迅速进入新的适应区。利用一种新颖的统计模型，作者证明了安乐蜥的进化涉及与栖息地特化相关的生态型形态特征的离散跃迁，特别是在关键性状演化或岛间扩散之后，证实了辛普森模型在这一记录详尽的适应辐射中的适用性。

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.

研究动机与目标

• 评估G. G. 辛普森的‘跳跃式进化’模型在加勒比海安乐蜥适应辐射中的适用性。
• 检验适应区之间的转变是否通过离散的进化跃迁而非渐进变化发生。
• 确定此类跃迁是否与关键形态创新或岛屿间扩散相关。
• 开发并应用一种新颖的统计方法，以检测系统发育树中性状进化的跃迁。
• 评估栖息地特化与生态机遇在驱动安乐蜥重大进化转变中的作用。

提出的方法

• 开发一种统计模型，以检测系统发育树中性状进化的离散跃迁。
• 将该模型应用于加勒比大安的列斯群岛123种安乐蜥的形态学与生态学数据。
• 使用系统发育比较方法检验性状进化中非布朗运动模式的存在。
• 将栖息地利用与生态型形态作为关键性状轴，以定义适应区。
• 通过祖先状态重建与跃迁检测，追踪适应区之间的进化转变。
• 评估关键性状（如肢体长度、趾垫大小）与岛间扩散在触发跃迁中的作用。

实验结果

研究问题

• RQ1 安乐蜥是否表现出辛普森所预测的在适应区之间发生离散进化跃迁的证据？
• RQ2 此类跃迁是否与演化出可利用新微栖息地的关键形态性状相关，如枝栖、躯干或树冠巨型生态型？
• RQ3 岛间扩散事件是否与进入新适应区的转变相关？
• RQ4 安乐蜥的性状进化模式更应由渐进变化还是跳跃式转变来解释？
• RQ5 栖息地特化与生态机遇在多大程度上驱动了安乐蜥的重大进化转变？

主要发现

• 数据对安乐蜥生态型形态性状的离散进化跃迁提供了强有力的统计支持，尤其体现在肢体长度与趾垫大小方面。
• 性状进化的跃迁与演化出可利用新微栖息地的关键性状显著相关，如枝栖、躯干或树冠巨型生态型。
• 岛间扩散事件在时间上与进入新适应区的转变相关，支持了辛普森的扩散假说。
• 归因于跃迁的进化变化比例超过渐进进化所解释的部分，尤其在与栖息地利用相关的性状中更为显著。
• 适应区的转变并非随机，而是集中于发生关键创新或扩散事件的类群中。
• 该统计模型成功识别出系统发育树中与已知生态与形态转变相一致的跃迁点。