Le nuove scoperte potrebbero spiegare i punti caldi della biodiversità nelle regioni tettonicamente tranquille – ScienceDaily

Se potessimo riavvolgere il nastro dell’evoluzione delle specie in tutto il mondo e portarlo avanti per centinaia di milioni di anni fino ai giorni nostri, vedremmo la biodiversità raggrupparsi attorno a regioni di tumulto tettonico. Le regioni tettonicamente attive come le montagne himalayane e andine sono particolarmente ricche di flora e fauna a causa dei loro paesaggi mutevoli, che agiscono per dividere e diversificare le specie nel tempo.

Ma la biodiversità può prosperare anche in alcune regioni geologicamente più tranquille, dove la tettonica non ha scosso la terra per millenni. I monti Appalachi sono un ottimo esempio: la catena non ha visto molta attività tettonica in centinaia di milioni di anni, eppure la regione è un notevole punto caldo di biodiversità di acqua dolce.

Ora, uno studio del MIT identifica un processo geologico che potrebbe modellare la diversità delle specie nelle regioni tettonicamente inattive. In un documento apparso in Scienzai ricercatori riferiscono che l’erosione fluviale può essere un motore della biodiversità in questi ambienti più antichi e silenziosi.

Fanno il loro caso negli Appalachi meridionali, e in particolare nel bacino del fiume Tennessee, una regione nota per la sua enorme diversità di pesci d’acqua dolce. Il team ha scoperto che mentre i fiumi erosi attraverso diversi tipi di roccia nella regione, il cambiamento del paesaggio ha spinto una specie di pesce nota come darter pinna verde in diversi affluenti della rete fluviale. Nel corso del tempo, queste popolazioni separate si sono sviluppate nei propri lignaggi distinti.

Il team ipotizza che l’erosione probabilmente abbia spinto il pinna verde a diversificarsi. Sebbene le popolazioni separate appaiano simili all’esterno, con le caratteristiche pinne sfumate di verde del darter pinna verde, differiscono sostanzialmente nella loro composizione genetica. Per ora, le popolazioni separate sono classificate come un’unica specie.

“Dai più tempo a questo processo di erosione e penso che questi lignaggi separati diventeranno specie diverse”, afferma Maya Stokes PhD ’21, che ha svolto parte del lavoro come studentessa laureata presso il Dipartimento di Scienze della Terra, Atmosferiche e Planetarie del MIT ( EAP).

Il darter pinna verde potrebbe non essere l’unica specie a diversificarsi a causa dell’erosione del fiume. I ricercatori sospettano che l’erosione possa aver spinto molte altre specie a diversificarsi in tutto il bacino e forse in altre regioni tettonicamente inattive in tutto il mondo.

“Se riusciamo a comprendere i fattori geologici che contribuiscono alla biodiversità, possiamo fare un lavoro migliore per conservarla”, afferma Taylor Perron, Cecil e Ida Green Professore di Scienze della Terra, Atmosferiche e Planetarie al MIT.

I coautori dello studio includono collaboratori della Yale University, della Colorado State University, dell’Università del Tennessee, dell’Università del Massachusetts ad Amherst e della Tennessee Valley Authority (TVA). Stokes è attualmente professore assistente presso la Florida State University.

Pesci sugli alberi

Il nuovo studio è nato dal lavoro di dottorato di Stokes al MIT, dove lei e Perron stavano esplorando le connessioni tra la geomorfologia (lo studio di come si evolvono i paesaggi) e la biologia. Si sono imbattuti nel lavoro a Yale di Thomas Near, che studia i lignaggi dei pesci d’acqua dolce nordamericani. Near utilizza i dati sulla sequenza del DNA raccolti da pesci d’acqua dolce in varie regioni del Nord America per mostrare come e quando alcune specie si sono evolute e si sono differenziate l’una rispetto all’altra.

Near ha portato una curiosa osservazione al team: una mappa di distribuzione dell’habitat del darter pinna verde che mostra che il pesce è stato trovato nel bacino del fiume Tennessee, ma solo nella metà meridionale. Inoltre, Near disponeva di dati sulla sequenza del DNA mitocondriale che mostravano che le popolazioni dei pesci sembravano essere diverse nella loro composizione genetica a seconda dell’affluente in cui erano state trovate.

Per indagare sulle ragioni di questo schema, Stokes ha raccolto campioni di tessuto darter pinna verde dalla vasta collezione di Near a Yale, nonché dal campo con l’aiuto dei colleghi della TVA. Ha quindi analizzato le sequenze di DNA dell’intero genoma e ha confrontato i geni di ogni singolo pesce con tutti gli altri pesci nel set di dati. Il team ha quindi creato un albero filogenetico del darter pinna verde, basato sulla somiglianza genetica tra i pesci.

Da questo albero, hanno osservato che i pesci all’interno di un affluente erano più imparentati tra loro che con i pesci in altri affluenti. Inoltre, i pesci all’interno di affluenti vicini erano più simili tra loro rispetto ai pesci di affluenti più distanti.

“La nostra domanda era: potrebbe esserci stato un meccanismo geologico che, nel tempo, ha preso questa singola specie e l’ha frammentata in diversi gruppi geneticamente distinti?” dice Perrone.

Un paesaggio che cambia

Stokes e Perron hanno iniziato a osservare una “stretta correlazione” tra gli habitat dei pinna verde e il tipo di roccia in cui si trovano. In particolare, gran parte della metà meridionale del Tennessee River Basin, dove la specie abbonda, è costituita da roccia metamorfica, mentre la metà settentrionale è costituita da roccia sedimentaria, dove i pesci non si trovano.

Hanno anche osservato che i fiumi che scorrono attraverso la roccia metamorfica sono più ripidi e più stretti, il che generalmente crea più turbolenza, caratteristica che sembra preferire ai pinna verde. Il team si è chiesto: la distribuzione dell’habitat del darter del pinna verde potrebbe essere stata modellata da un paesaggio mutevole del tipo di roccia, mentre i fiumi si sono erosi nella terra nel tempo?

Per verificare questa idea, i ricercatori hanno sviluppato un modello per simulare l’evoluzione di un paesaggio man mano che i fiumi erodono attraverso vari tipi di roccia. Hanno alimentato le informazioni del modello sui tipi di roccia nel bacino del fiume Tennessee oggi, quindi hanno eseguito la simulazione per vedere come poteva apparire la stessa regione milioni di anni fa, quando è stata esposta più roccia metamorfica.

Hanno quindi fatto avanzare il modello e osservato come l’esposizione della roccia metamorfica si riduceva nel tempo. Hanno preso nota in particolare di dove e quando le connessioni tra gli affluenti si incrociavano nella roccia non metamorfica, impedendo ai pesci di passare tra quegli affluenti. Hanno tracciato una semplice sequenza temporale di questi eventi bloccanti e l’hanno confrontata con l’albero filogenetico dei darter pinna verde divergenti. I due erano notevolmente simili: i pesci sembravano formare lignaggi separati nello stesso ordine di quando i loro rispettivi affluenti si erano separati dagli altri.

“Significa che è plausibile che l’erosione attraverso diversi strati rocciosi abbia causato l’isolamento tra le diverse popolazioni del darter pinna verde e abbia causato la diversificazione dei lignaggi”, afferma Stokes.

Questa ricerca è stata sostenuta, in parte, dal Terra Catalyst Fund e dalla US National Science Foundation attraverso l’AGeS Geochronology Program e il Graduate Research Fellowship Program. Mentre era al MIT, Stokes ha ricevuto sostegno attraverso la Martin Fellowship for Sustainability e la Hugh Hampton Young Fellowship.