Tracking the evolution of thermal niches in Palearctic lacertid lizards
Final Report Abstract
Das Ziel dieses Projekt war es, eine eine Gruppe von Eidechsen aus der Palaearktis (die Familie Lacertidae) als Modell für die Integration von stammesgeschichtlichen Rekonstruktionen, experimentellen physiologischen Daten und Palaeo-Verbreitungsmodellen zu nutzen. Bei den Lacertiden handelt es sich um die am weitesten verbreitete und häufigste Gruppe von Eidechsen in Europa, an welcher bereits eine Vielzahl von ökologischen und physiologischen Studien durchgeführt wurden. Unser Projekt basiert auf der Vorhersage, dass diese Reptilien eine optimales Modell darstellen um zu verstehen, welchen Einfluss vergangene und zukünftige Klimaänderungen auf ektotherme Wirbeltiere haben, and dafür (i) experimentell ermittelte thermophysiologische Präferenzen heute lebender Arten mit (ii) paläontologische Daten ausgestorbener Eidechsengemeinschaften zu kombinieren. Unser Projekt basiert darauf, sehr unterschiedliche Datensätze miteinander zu kombinieren, von Physiologie über Biogeographie und Palaeontologie bis hin zu funktioneller Genomik, um ein einen holistischen Blöick auf die Evolutionsgeschichte der Lacertiden und ihre Anpassungen an die Umwelt, insbesondere an klimatische Bedingungen zu erhalten. Hierfür arbeiteten wir in einem sehr diversen Team von Spezialisten aus verschiedenen Disziplinen, und erarbeiteten äußerst umfangreiche Datensätze: eine phylotranskriptomische DNA-Matrix aus bis zu 6269 proteinkodierenden Genen, um eine zuverlässig aufgelösten Stammbaum der Lacertiden zu erhalten; eine experimentell ermittelten Datensatz von bevorzugten Temperaturen und Wasserverlust von 792 und 626 Individuen von 61 and 51 Arten; fast 40000 georeferenzierte Fundpunkte für die Modellierung von Verbreitungsgebieten; und ein umfangreiches Archiv von digitalisierten micro-CT gescannten Abbildern der Schädel dieser Eidechsen. In einer ersten Studie, welche in Nature Communications publiziert wurde, konnten wir durch kombinierte Analyse dieser Daten zeigen, dass die klimatischen Bedingungen, unter denen diese Eidechsen leben (insbesondere die Umgebungstemperatur) nicht nur eine starke Korrelation mit ihren thermalen Präferenzen zeigt, sondern auch einen Einfluss auf die Größe ihrer Verbreitungsgebiete und auf ihre molekularen Substitutionsraten hat. Wir beobachteten auch, dass während ihrer Evolutionsgeschichte eine fortschreitende Differenzioerung ihrer klimatischen Nischen stattgefunden hat. Die klimatischen Nischen der Untergruppe der Lacertini, und daher wahrscheinlich auch ihre gegenwärtigen physiologischen Anpassungen mit relativ niedrigen Vorzugstemperaturen, evolvierten bereits seit dem Oligozän und Miozän in einem Szenario fortschreitender Anpassung an ein kaltes Klima, was auch mit dem Fossilbericht übereinstimmt. Basierend auf diesen Analysen stellen wir die Hypothese auf, dass die artspezifischen physiologischen Präferenzen insbesondere von Lacertiden aus kühlen und feuchten Klimazonen, besonders von Hochgebirgsendemiten, ein Handicap darstellen, um sich an eine schnelle Klimaerwärmung anzupassen. Basierend an einem Beispiel aus den Pyrenäen zeigen wir, wie lokale Aussterbeereignisse dieser Arten vermutlich durch den Klimawandel ausgelöst wurden. Eine Reihe weiterer Datensätze aus diesem Projekt werden zur Zeit weiter analysiert, um die morphologische Evolution und die morphologischen Anpassungen der Lacertiden besser zu verstehen, und um weitere, detaillierte Einblicke in ihre Physiologie und molekulare Evolution zu erhalten.
Publications
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(2019) Environmental temperatures shape thermal physiology as well as diversification and genome-wide substitution rates in lizards. – Nature Communications 10: 4077
Ahmadzadeh, G. Albaladejo, J. Crnobrnja-Isailovic, I. De la Riva, A. Fawzi, P. Galán, B. Göçmen, D. J. Harris, O. Jiménez-Robles, U. Joger, O. Jovanovic Glavas, M. Karis, G. Koziel, S. Künzel, M. Lyra, D. Miles, M. Nogales, M.A. Oguz, P. Pafilis, L. Rancilhac, N. Rodríguez, B. Rodríguez Concepción, E. Sanchez, D. Salvi, T. Slimani, A. S’khifa, A.T. Qashqaei, A. Zagar, A. Lemmon, E. Moriarty Lemmon, M. A. Carretero, S. Carranza, H. Philippe, B. Sinervo, J. Müller, M. Vences, K.C. Wollenberg Valero
