Como as características dos animais moldaram a jornada das espécies em todo o mundo

O tsunami devastador que atingiu o Japão em março de 2011 desencadeou uma série de eventos que há muito fascinam cientistas como eu

Foi tão poderoso que fez com que 5 milhões de toneladas de detritos fossem levados para o Pacífico – 1,5 milhões de toneladas permaneceram à tona e começaram a flutuar com as correntes.

Um ano depois, e a meio mundo de distância, destroços começaram a chegar à costa oeste da América do Norte. Mais de 280 espécies costeiras japonesas, como mexilhões, cracas e até algumas espécies de peixes, pegaram carona nos escombros e fizeram uma viagem incrível através do oceano. Essas espécies ainda estavam vivas e tinham potencial para estabelecer novas populações.

A forma como os animais atravessam grandes barreiras, como oceanos e cadeias de montanhas, para moldar a biodiversidade da Terra é um tema intrigante.

E um novo estudo realizado pelos meus colaboradores e por mim lançou luz sobre este processo, revelando como as características dos animais, como o tamanho do corpo e a história de vida, podem influenciar a sua propagação pelo mundo.

Sabemos que tais eventos de dispersão também ocorrem em espécies terrestres. Por exemplo, pelo menos 15 iguanas verdes viajaram mais de 200 km (124 milhas) de Guadalupe a Anguilla, no Caribe, em 1995. Elas chegaram em uma esteira de troncos e árvores (provavelmente arrancadas por um furacão), algumas das quais tinham mais de 9 metros (20 pés) de comprimento.

Quando os animais atravessam barreiras importantes, isso pode ter um grande impacto tanto nos locais novos como nos antigos. Por exemplo, uma espécie invasora pode chegar a uma nova área e competir com espécies nativas por recursos. No entanto, essas consequências podem ser ainda maiores em períodos de tempo mais longos.

O movimento de macacos da África para a América do Sul há cerca de 35 milhões de anos levou à evolução de mais de 90 espécies de macacos do Novo Mundo , incluindo micos, macacos-prego e macacos-aranha.

E alguns camaleões que fazem rafting na vegetação desde África até Madagáscar é a razão pela qual encontramos hoje metade de todas as espécies vivas de camaleões lá.

Durante muito tempo, pensou-se que estes eventos eram determinados pelo acaso – a coincidência de alguns camaleões sentados na árvore certa, na hora certa. No entanto, alguns cientistas sugeriram que pode haver mais do que isso. Eles levantaram a hipótese de que poderia haver padrões mais gerais nos animais que chegam ao seu destino com sucesso, relacionados a certas características.

O tamanho do corpo poderia afetar a distância que uma espécie pode viajar? Animais com mais reservas de gordura podem percorrer distâncias maiores. Ou poderia ser como uma espécie se reproduz e sobrevive? Por exemplo, animais que põem muitos ovos ou amadurecem precocemente podem ter maior probabilidade de estabelecer uma nova população num novo local.

Mas apesar de um vigoroso debate teórico, as opções para testar estas hipóteses foram limitadas porque tais eventos de dispersão são raros.

O papel das características dos animais na dispersão a , b , As relações filogenéticas entre os clados ( a ) e suas ocorrências nos principais domínios biogeográficos ( b ) (conforme determinado por Holt et al.). O número de espécies incluídas por clado é fornecido entre parênteses após os nomes dos clados a , Distribuições de diferenças máximas de taxas de dispersão entre estados mais dispersivos e menos dispersivos por classe de tetrápodes, em azul para relações tamanho-dispersão do corpo, em amarelo para relações história de vida-dispersão. Linha central, mediana; limites de caixa, primeiro e terceiro quartil; extensão máxima dos bigodes, limites da caixa ±1,5 × intervalo interquartil (ou seja, a distância entre o primeiro e o terceiro quartil). b , Proporções de diferentes relações característica-dispersão por classe de tetrápodes, incluindo apenas clados onde as diferenças máximas nas taxas de dispersão entre estados de característica foram superiores a 10%. ‘Tamanho corporal extremo/história de vida’ refere-se a clados onde uma relação em forma de U foi inferida entre características e taxas de dispersão, ou seja, onde espécies com tamanhos corporais extremamente pequenos ou grandes, ou histórias de vida rápidas ou lentas tiveram uma vantagem de dispersão. c , Peso AICc relativo de modelos dependentes de características em comparação com todo o conjunto de modelos candidatos e em toda a faixa de limites de características binárias (ou seja, a soma dos pesos AICc de modelos dependentes de características (+m2 e +m2x versões, Métodos ) comparados com modelos independentes de características (modelo base e versão +x), calculados em média através de quatro limites binários). Linha central, mediana; limites de caixa, mínimo e máximo; n = 4 limites binários. As características biológicas identificadas das melhores linhagens dispersoras são indicadas por símbolos na ponta da filogenia, cujo tamanho indica a diferença máxima nas taxas de dispersão entre os estados da característica. Os clados com trade-offs de história de vida consistentes com um continuum de história de vida rápido-lento são indicados por * no final das barras de história de vida. d , Relação entre características do dispersor nas análises de tamanho corporal e história de vida. As cores indicam o número de clados nos quais uma determinada combinação de relações tamanho-dispersão corporal e história de vida-dispersão foi encontrada. Os símbolos são iguais aos de c , indicando a forma das relações entre características (tamanho corporal e história de vida) e taxas de dispersão

Além disso, as ferramentas estatísticas adequadas não estavam disponíveis até recentemente.

Graças ao recente desenvolvimento de novos modelos biogeográficos e à gran- de disponibilidade de dados, podemos agora tentar responder a questões sobre como as espécies de tetrápodes (anfíbios, répteis, aves e mamíferos) se movimentaram ao redor do globo ao longo dos últimos 300 milhões de anos e se foram bem-sucedidas espécies compartilham quaisquer características comuns. Esses modelos nos permitem estimar os movimentos dos ancestrais das es-

O que encontramos

Para investigar a evolução da forma corporal e da ecologia em tetrápodes, reunimos um conjunto de dados de vertebrados terrestres extintos e existentes A 410 de Tetrapoda que capturou grandes mudanças evolutivas na ecologia trófica locomotora B e C e no tamanho corporal D. E A partir de modelos esqueléticos digitais 3D desses táxons, extraímos uma série de medidas lineares e volumétricas e as usamos para derivar medidas de tamanho e forma cor- poral usando abordagens comparativas filogenéticas. As medidas lineares incluíram distância gleno-acetabular (GA), comprimento do fêmur (FL), comprimento do segmento da haste (SL), comprimento do segmento metatarso (MtL), comprimento do segmento pes (PL), comprimento do úmero (HL), comprimento do segmento do antebraço (FaL) , comprimento do segmento metacarpal (MCL) e comprimento do segmento manus (ML). WBCHV, volume do casco convexo de corpo inteiro. Imagens de animais criadas com BioRender.com. pécies, considerando também suas características. Utilizamos esses modelos para estudar 7.009 espécies pertencentes a 56 grupos de tetrápodes.

Para 91% dos grupos de animais que estudamos, os modelos que incluíam características das espécies foram melhor suportados do que os modelos que não o fizeram. Isto significa que o tamanho do corpo e a história de vida estão intimamente ligados ao sucesso de uma espécie em se deslocar e estabelecer-se num novo local. Animais com corpos grandes e histórias de vida rápidas (reproduzem-se precocemente e com frequência, como ratos-d’água) geralmente se dispersam com mais sucesso, como esperado. No entanto, houve algumas exceções a esta regra. Em alguns grupos, animais menores ou com características médias apresentaram taxas de dispersão mais altas.

Por exemplo, os pequenos beija-flores se dispersaram melhor do que os maiores, e os sapos venenosos com histórias de vida intermediárias se dispersaram melhor do que aqueles com histórias de vida muito rápidas ou muito lentas.

Investigamos mais detalhadamente essa variação e descobrimos que a relação entre tamanho corporal e movimento dependia do tamanho médio

Roedores da família Cricetidae, incluindo ratazanas e hamsters (linha superior). Os ancestrais da família de roedores Muridae, que inclui ratos e camundongos (linha inferior), e da história de vida do grupo. Nossos resultados mostram que as ligações entre as características e o sucesso da dispersão dependem tanto do tamanho do corpo quanto da história de vida, e que estes não podem ser considerados separadamente. Os grupos em que o tamanho pequeno era uma vantagem eram muitas vezes constituídos por espécies pequenas (tornando as espécies propensas à dispersão ainda menores), e estas espécies também tinham histórias de vida rápidas. Descobrimos que isso é verdade para as famílias de roedores Muridae e Cricetidae.

Mas os grupos nos quais os dispersores tinham tamanhos corporais intermediários geralmente tinham histórias de vida lentas (o que significa que tinham baixo rendimento reprodutivo, mas longa expectativa de vida). Isto significa que é muito improvável que a combinação de tamanho corporal pequeno e história de vida lenta seja uma vantagem para a dispersão através de grandes barreiras, como os oceanos.

Não é apenas um acaso

É surpreendente pensar que eventos raros de dispersão, que podem levar ao surgimento de muitas novas espécies, não sejam completamente aleatórios. Em vez disso, as características intrínsecas das espécies podem moldar a história de grupos inteiros de animais, embora o acaso ainda possa desempenhar um papel importante.

Ao mesmo tempo, dois dos desafios ambientais mais importantes do nosso tempo estão relacionados com o movimento através de grandes barreiras: invasões biológicas e respostas das espécies às alterações climáticas. Num planeta que enfrenta mudanças rápidas, compreender como os animais atravessam barreiras é, portanto, crucial.

Uma árvore filogenética de uma ampla seleção de vertebrados com mandíbula mostra que o peixe pulmonado, e não o celacanto, é o parente mais próximo dos tetrápodes. As linhas rosa (tetrápodes) são ligeiramente deslocadas das linhas roxas (peixes com nadadeiras lobadas), para indicar que essas espécies são tanto tetrápodes quanto peixes com nadadeiras lobadas. [*] Doutoranda, Universidade de Swansea