Uso de la información genética para entender la historia evolutiva de las aves de Galápagos

Jaime A. Chavesjaimechaves76@gmail.com

Centro de Estudios TropicalesUniversidad de California Los Ángeles

Barrick Museum of Natural History-UNLV

Estructura de la charla

• Métodos de estudio molecular– ADN– Filogenias– Flujo genético – Especiación

• Respuestas sobre historia evolutiva– Historias evolutivas de aves en Galápagos– Pinzones de Darwin (Geospiza)– Canario (Dendroica)– Cucubes (Nesomimus)– Atrapamoscas (Myarchus)

Tecnicas moleculares

• ADN y sus diferentes historias evolutivas– Mitocondrial (haploide: madre a hijo)– Nuclear (diploide)

• Extraccion de material (tejido, sangre, plumas,…)• PCR (Reaccion en cadena de la Polimerasa)-primers• Secuenciamiento de marcadores moleculares• Genes conservados y acumulacion de mutaciones• Resultado final secuencia de pares de bases AGCT

Tecnicas moleculares• Comparar secuencias entre individuos y especies Filogenia

• Alineamiento de secuencias• Comparacion de bases– 1) ACGGTCTCTTGACATCCTGATTAGCCTAT– 2) ACAGTCTCTAGACATCCTGATTAGCCTAT– 3) ACGGTTTCTTGACATCCTGATTAGCCTAT 2 3 1

Tecnicas moleculares• Cada “no par” se computa como diferencia (ramifica) de

una base y el tamano de la rama depende del numero de bases que sean diferentes

• Resultado final arbol filogenetico, ramas relacionadas con el numero de diferencias, especies emparentadas mas cercanas (grupo monofiletico) y especies menos emparentadas mas basales en el arbol 2 3 1

Tecnicas moleculares

• Resultado final arbol filogenetico, ramas relacionadas con el numero de diferencias, especies emparentadas mas cercanas (grupo monofiletico) y especies menos emparentadas mas basales en el arbol

Tecnicas moleculares

• Marcador molecular• La acumulacion de mutaciones es constante

(debatible) en el tiempo (marcadores neutrales)• Regla del 2% (0.0105 substituciones/sitio/linaje/1Ma• Calibrar las secuencias obteniendo una estimacion

temporal de los procesos de divergencia

• Árbol ultramétrico• Monofilia• Rama es proporcionalal tiempo

Tecnicas moleculares

• Efecto de flujo genetico (genes se mueven de una poblacion a la otra) homogenizar

Tecnicas moleculares

• Modos de especiacion:• Alopatrica: Especies se

diferencian en sitios aislados (barreras geograficas), sin flujo genetico y no se reconocen (aislamiento reproductivo en contacto secundario)

Tecnicas moleculares

• Simpatrica: Especies se diferencian en el mismo sitio, aislamiento por seleccion (natural-sexual), no hay flujo genetico (completo aislamiento reproductivo)

Tecnicas moleculares• Parapatrica: En contacto parcial geografico, zona de

contacto, aislamiento en los extremos.

Historia Evolutiva de aves de Galapagos

• Importancia a nivel mundial de las islas• Son islas oceanicas (no conexion con el continente)• Como es que estas especies llegaron, se adaptaron y

que cambios han sufrido en el transcurso desde la colonizacion de las islas.

• Hipotesis mas sencilla es origen continental (Ecuador)– Pinzones de Darwin (Geospiza)– Canario Maria (Dendroica)– Cucubes (Nesomimus)– Atrapamoscas (Myarchus)

• Pinzones de Darwin– 14 especies Resultado de una radiacion adaptativa– Ancestro comun llego a las islas y de diversifico– Origen en Caribe

Burns et al. 2002

• Pinzones de Darwin– Alta especializacion alimenticia en relacion al uso de semillas– Relacion intrinsica entre la morfologia del pico y el tipo de semillas– Se estima una llegada del ancestro comun al rededor de ~ 2-3 Ma.– Y la mayoria de la especiacion se cree que paso en alopatria, aunque

hay indicios de especiacion simpatrica (bimodalismo)

Huber et al. 2007

Pinzones de DarwinFilogenia (ADN mt y microsatelites) Monofilia de GeospizaRadiación rápida

Sato et al. 1999

Grant & Grant 2003

• Canario Maria– 1 especie (subespecie de Galapagos y Cocos)– Origen 150 y 300 mil años – Origen America Central

Chaves et al. 2011

• Canario Maria– Poca diferenciacion genetica en ciertas islas (4 grupos

geneticos)– Patron de viento influyen en la diferenciacion– No hay diferenciacion morfologica

• Flujo genetico/Poco tiempo para acumular diferencias

Chaves et al. 2011

• Cucubes (Nesomimus)– 4 especies– Origen 1.6 Ma– Ancestros emparentados

América del Norte y norte de América del Sur.

Arbogast 2006

• Cucubes (Nesomimus)– 4 species– Origen 1.6 Ma– Ancestors emparentados

America del Norte y norte de America del Sur.

Dentro de N. parvulus cada isla tiene un linaje único (importante en proyectos de conservación-reintroducción)

Arbogast 2006

• Atrapamoscas (Myiarchus)– 1 especie– Estudio moleculares sugieren dos clados– No hay diferenciacion morfologica– Ancestro comun mas cercano es un Myiarchus de Mexico y

C. America.– Origen ~ 800 mil años.

Sari and Parker 2012

Historia Evolutiva de aves de Galapagos

• Conclusiones– Todas parecen ser invasiones únicas (monofileticas)– Diferentes tiempos de llegada

• 2.5Ma (Pinzones)-1.6Ma (Nesomimus)-3ka (Dendroica)-8ka (Myiarchus)

– Diferentes orígenes de las colonizaciones• Caribe, Continente (Centro-Norte-Sur)

– Cambios morfológicos y genéticos no tienen mucho que ver con el tiempo de llegada.• Drásticos en Pinzones, Medianos en Nesomimus y Nulos en Dendroica

y Myiarchus

Historia Evolutiva de aves de Galapagos

• Conclusiones– Otros factores intrinsicos podrían ser responsables de

dichas diferencias.• Genéticamente mas moldeables?

– Todas representas especies (o subespecies) endémicas• No se encuentran en ninguna otra parte del planeta

– Muchos clados no representados como especies son tan únicas como estas (grupos genéticos)• Importante par ala conservación y reintroducción de especies.