高い分散能力と生物地理学的断絶が、世界的に分布する岩礁棲息性カルシファイヤーの遺伝的多様性を形成している

High dispersal capacity and biogeographic breaks shape the genetic diversity of a globally distributed reef-dwelling calcifier.

• Martina Prazeres
• Raphaël Morard
• T Edward Roberts
• Steve S Doo
• Jamaluddin Jompa
• Christiane Schmidt
• Marleen Stuhr
• Willem Renema
• Michal Kucera

抄録

海洋種の進化史における分散と適応の役割を理解することは、環境変化への対応を予測するために不可欠である。本研究では、大型底生有孔虫の主要な熱帯石灰化種の遺伝的分化のパターンを解析し、その生物地理的分布の進化過程を明らかにすることを目的とした。本研究では、本種の全範囲を網羅する16箇所から標本を採取し、18S SSU rDNAマーカーの超可変フラグメントを解析した。その結果、6つの階層的に組織化された遺伝子型を同定し、縦方向の勾配に沿って互いに排他的な分布を示した。この分布は、インド西太平洋（IWP）で発生した多様化と、それに続く周辺部への分散とが一致している。このパターンは次のように説明できる。(a) 本種の高い分散能力、(b) IWP における最近の分化を促進する生息地の不均質性、(c) 遺伝子型の相互排除のパターンを強化するニッチの定着などの生態学的スケールのプロセスによって説明できる。本種の分散能力は地中海への現在進行中の範囲拡大を牽引しており，気温の上昇に追従して分布を拡大することができることを示している。遺伝的構造から、本種の進化の歴史の中で最近の多様化と高い絶滅率が明らかになったことから、本種の多様性は暗号レベルでの高い回転率を示唆している。このような多様化のダイナミックさと高い分散の可能性が組み合わされたことで、本種は地質学的・気候学的な激変の時期にも広く分布を維持することができた。これらの特徴により、遺伝的な分化を必要とせずに、地球温暖化の進行に対応して種の地理的範囲を変更することが可能であると考えられる。

Understanding the role of dispersal and adaptation in the evolutionary history of marine species is essential for predicting their response to changing conditions. We analyzed patterns of genetic differentiation in the key tropical calcifying species of large benthic foraminifera to reveal the evolutionary processes responsible for its biogeographic distribution. We collected specimens from 16 sites encompassing the entire range of the species and analyzed hypervariable fragments of the 18S SSU rDNA marker. We identified six hierarchically organized genotypes with mutually exclusive distribution organized along a longitudinal gradient. The distribution is consistent with diversification occurring in the Indo-West Pacific (IWP) followed by dispersal toward the periphery. This pattern can be explained by: (a) high dispersal capacity of the species, (b) habitat heterogeneity driving more recent differentiation in the IWP, and (c) ecological-scale processes such as niche incumbency reinforcing patterns of genotype mutual exclusion. The dispersal potential of this species drives the ongoing range expansion into the Mediterranean Sea, indicating that is able to expand its distribution by tracking increases in temperature. The genetic structure reveals recent diversification and high rate of extinction in the evolutionary history of the clade suggesting a high turnover rate of the diversity at the cryptic level. This diversification dynamic combined with high dispersal potential, allowed the species to maintain a widespread distribution over periods of geological and climatic upheaval. These characteristics are likely to allow the species to modify its geographic range in response to ongoing global warming without requiring genetic differentiation.

© 2020 The Authors. Ecology and Evolution published by John Wiley & Sons Ltd.