摘要
Aim
岛屿的隔离性使其特别容易受到气候变化的影响。大安的列斯群岛的淡水鱼类研究仍然不足,并且进一步受到栖息地破碎化和外来入侵物种引入的威胁。保护这种多样性的一个实用解决方案是开发一个空间明确的框架来指导保护行动。我们测试是否可以在大安的列斯群岛内识别出具有生物地理学意义的子区域。
Location
大安的列斯群岛,加勒比海盆地。
Taxa
淡水鱼类(银汉鱼目、慈鲷目、鳉形目、雀鳝目、鼬鱼目)。
Methods
我们根据博物馆凭证标本和作者的野外工作,编制了大安的列斯群岛1704条分布记录的数据集。以河流流域作为分析单元,在岛屿之间和岛屿内部进行了层次聚合聚类分析。我们还结合了遗传数据来检查系统发育地理学模式,并揭示岛屿内的潜在子结构。
Results
大安的列斯群岛92%的淡水鱼类区系是特有的。尽管多样性在岛屿之间和岛屿内部分布不均,但物种丰富度和加权特有性模式在岛屿间部分一致。该区域不是一个单一的生物地理单元,而是由多个具有生物地理学意义的子区域组成,其中同一岛屿的河流流域彼此之间比与其他岛屿的流域更为相似,但伊斯帕尼奥拉岛除外。
Main Conclusions
大安的列斯群岛由具有生物地理学意义的子区域镶嵌而成,每个子区域都蕴藏着独特的、高度脆弱的、且通常分布范围受限的物种组合。所揭示的模式反映了该地区地质历史、多次定殖事件和多样化过程之间复杂的相互作用。我们提出的特有性区域为研究该地区淡水类群的进化历史提供了可检验的假说。这些区域也提供了自然的管理单元,可作为整个大安的列斯群岛淡水生态系统保护优先排序和政策制定的地理目标。
1 引言
阿尔弗雷德·拉塞尔·华莱士对生物地理学的持久贡献之一是他认识到,理解物种分布模式需要既了解生物出现地点的详细知识,也需要对生命进行自然分类,这一原则为该领域奠定了基础,并继续指导着现代生物地理学研究。基于生物区系对地理区域进行分类仍然是一个热门话题。在用于揭示生态、进化和地质模式的时空实体中,“特有性区域”是生物地理学中首选的分析单元。传统上,它们被定义为显示两个或多个类群广泛分布一致性的地理区域。然而,有些作者更广泛地将特有性区域定义为定义了一个或多个类群过去和当前分布的任何连续或不连续区域。尽管如此,特有性区域(i)提供了一个揭示生物地理学模式的框架,(ii)可以由一个或多个特有物种来诊断,(iii)是动态的,并且(iv)是分层级结构的。然而,其层级组成部分的探索仍然不均,大规模分析的数量超过了精细尺度的研究。因此,全球几个较小的区域,包括一些被认为是“生物多样性热点”的区域,仍然研究不足,限制了我们对它们真正生物地理复杂性的了解。为了弥补这一差距,我们的研究重点放在新热带地区的大安的列斯群岛的淡水鱼类。
新热带地区在全球研究中被确认为淡水鱼类的一个生物地理单元。在新热带大陆内部,多项分析在不同尺度上识别了具有生物地理意义的子区域,大多集中在该地区的北部和南部部分。新热带岛屿受到的关注要少得多,尽管它们代表了可以观察地质和进化力量作用的自然场所。首先,大安的列斯群岛(古巴、伊斯帕尼奥拉岛、牙买加、开曼群岛和波多黎各)形成了一个复杂的地质区域,主要受北美板块和加勒比板块之间的构造活动主导,至少从约40百万年前开始就有隆升的陆地。持续的构造抬升趋势,加上由于冰期和间冰期循环导致的陆地周期性隔离和重新连接——特别是在中新世晚期和整个更新世之后——可能促进了河流网络的周期性重组。其次,这些岛屿与大陆区域之间的历史联系,以及区域构造,促进了来自北美、中美洲和南美洲的多次定殖事件。第三,物种丰富度主要由原地物种形成驱动,而非仅由定殖驱动,正如岛屿生物地理学理论所预测的那样。例如,仅花鳉科就占了超过30次原地物种形成事件,而在其他科中,在大安的列斯群岛报告了从三次到单次物种形成事件。
基于大安的列斯群岛鱼类区系,具有生物地理意义的区域之间的关系在上个世纪仅被研究过两次。Rauchenberger (1988) 识别了八个特有性区域,并推断出一个复合区域分支图,该图恢复了两个主要分支:一个包含西古巴和青年岛,与开曼群岛、牙买加和伊斯帕尼奥拉岛西南部(蒂布龙半岛)聚类,另一个包括东古巴、伊斯帕尼奥拉岛中部(该岛其余部分)和巴哈马,后者形成了一个未解决的分支。Rauchenberger (1988) 的结果为研究大安的列斯群岛的生物地理模式提供了一个早期框架,挑战了古巴和伊斯帕尼奥拉岛代表单一生物地理单元的观念,并强调需要进一步研究。
第二年,Burgess 和 Franz (1989) 基于岛屿间共享谱系的数量及其假设的系统发育亲缘关系(广义轨迹)提出了岛屿之间的关系。尽管他们没有推断区域分支图,但他们识别了古巴内部的分布模式,与 Rauchenberger (1988) 的发现一致,但没有划定地理边界。他们还将 Rauchenberger 的中部伊斯帕尼奥拉岛划分为两个区域(北岛和死胡同/内伊巴河谷平原流域),并提出沿海岛屿(戈纳夫岛和绍纳岛)作为第四组流域。Burgess 和 Franz (1989) 的一个主要贡献是他们综合了一个大安的列斯群岛的生物地理模型,该模型结合了类群分布、系统发育关系和定殖假说。
从那时起,我们对该地区淡水鱼类多样性和分布的理解已大大扩展。野外考察完善了物种分布范围,分子数据揭示了高水平的隐存多样性,并且新的生物地理假说得到了检验,仅举几例。这些成就极大地推动了该地区的系统学和生物地理学领域。然而,还没有一项研究将这些成果整合到大安的列斯群岛生物地理区域的修订划界中。
本研究旨在基于淡水鱼类的多样性,识别大安的列斯群岛的特有性区域。基于这些岛屿不作为单一独立单元运作的假设,我们测试:(1)每个岛屿是否拥有独特的鱼类组合,(2)是否可以在大安的列斯群岛内以河流流域的尺度定义生物地理上不同的区域,以及(3)物种分布模式和遗传间断是否表现出一致的结构。我们的研究提供了三十多年来对大安的列斯群岛生物地理模式的首次精细尺度分析,汇编了迄今为止这些岛屿上最大的淡水鱼类分布数据集。总之,我们旨在通过这些努力为这些生物丰富但脆弱的岛屿的保护规划和管理提供信息。
2 材料与方法
2.1 研究区域
我们的研究聚焦于北纬23°至17°,西经85°至68°所界定的地理窗口,包括古巴、伊斯帕尼奥拉岛(海地和多米尼加共和国)、牙买加和开曼群岛。我们排除了波多黎各岛,因为它缺乏特有的淡水鱼类,其本地动物区系由九种洄游鱼类组成,其分布受到生命周期中部分阶段海洋期的影响。
该地区以其地质复杂性著称,主要受构造抬升和海平面升降变化的共同主导。这些陆地的周期性重组塑造了淡水生态系统的演化,以及它们所承载的淡水物种,在区域(例如,山脉形成、气候模式、河流重组)和局部(例如,地貌特征、微生境)尺度上都是如此。在这些驱动因素中,流域(也称为水文盆地、排水区和集水区)对淡水鱼类扩散造成的障碍对淡水鱼类分布至关重要。因此,我们的研究使用自然边界,如河流流域,作为精细尺度的地理单元来识别大安的列斯群岛内的特有性区域(AoE)。我们遵循 Egorov 和 Luege (1967) 为古巴划定的主要水文盆地,以及美国陆军工程兵团水资源评估为海地、牙买加和多米尼加共和国划定的流域。我们根据地理情况将开曼群岛分为两个流域。地图是使用 HydroBASINS 数据库在 QGIS 3.34.15 中创建的。
2.2 物种分布数据
淡水鱼类(不包括洄游物种)的分布数据来自全球生物多样性信息机构(GBIF)、FishNet2 网络以及作者在古巴、海地和多米尼加共和国的多次野外采集。我们对在线数据库进行了过滤,只包括博物馆保存标本的具有地理参考数据的条目,并且一些标本由作者重新鉴定。我们还纳入了过去10年内发表的研究记录,以及尚未在线提供的本地博物馆的记录:古巴“Felipe Poey”自然历史博物馆、古巴国家自然历史博物馆和多米尼加共和国“Prof. Eugenio de Jesús Marcano”自然历史博物馆。我们的最终数据集包含大安的列斯群岛57个河流流域的1704条分布记录。我们遵循 Fricke 等人 (2025) 的分类系统。
2.3 基于分布数据识别特有性区域
在本研究中,特有性区域被广泛认为是一个两个或多个物种共存并由其共享分布范围界定的区域。遵循 Parenti 和 Ebach (2009) 以及 Crother 和 Murray (2011) 的观点,我们通过一个或多个分类单元独家分布于不同的河流流域集群中来诊断此类区域。为了基于大安的列斯群岛淡水鱼类的分布识别特有性区域,包括跨岛屿和岛屿内部,我们在区域尺度上对整个数据集(本地和特有种)进行了分析,并在次区域尺度上对仅包含每个岛屿特有种的简化数据集进行了分析。
我们首先将分布数据转换为存在/缺失矩阵,然后使用 R 包 vegan 中的 hclust 函数进行层次聚合聚类分析。此函数需要两个主要参数:(i)一个相异矩阵,我们使用 Jaccard 指数作为距离度量获得;(ii)一种连接方法,我们通过比较八种常用算法(UPGMA、Single、Complete、ward.D、ward.D2、WPGMA、WPGMC 和 UPGMC)的共表相关系数(CCC)获得,使用 R 包 phyloregion 中的 select_linkage 函数。CCC 估计树状图在多大程度上保持了原始数据集的结构,值越高表示两个矩阵越相似。出于统计目的,当一个流域中只有一个物种,或者一个流域的所有记录都来自单一地点时,该流域与地质上最相关的相邻流域合并。
为了确定最佳聚类数量,我们使用了 Kelley–Gardner–Sutcliffe (KGS) 惩罚度量,使用 R 包 maptree 中的 kgs 函数。该度量通过计算每个层级上所有聚类的平均组内相异性,将其归一化,并添加一个与聚类数量成正比的惩罚项来识别在层次树的何处进行剪枝。为了评估不同河流流域基于物种组成在数据空间中的聚类情况,我们使用 R 包 vegan 中的 metaMDS 函数进行了非度量多维尺度分析(NMDS)。在这里,我们评估了应力值(低于0.05的值表明对数据结构的表示极好)和拟合优度(非度量和线性拟合 R² 值高于0.8表明 NMDS 在等级顺序和实际距离上都很好地代表了数据结构)。我们通过执行置换多元方差分析(PERMANOVA;vegan 包中的 adonis2 函数)来验证我们恢复的河流流域聚类,以检验物种组成在聚类之间是否存在显著差异。我们在使用 vegan 包中的 betadisper 和 permutest 函数检验了聚类离散度的同质性之后运行此分析。最后,我们通过使用 R 包 fpc 中的 clusterboot 函数进行自助重采样来检验聚类稳定性。该函数测量数据重采样和重新聚类后聚类的稳定性,基于 Jaccard 相似系数(低于0.6的值被认为不稳定,可能不可靠)。当 KGS 惩罚度量检测到多个最佳聚类数量时,我们重复此分析以评估 Jaccard 相似系数。
为了进一步支持先前恢复的河流流域聚类,我们识别了诊断每个聚类的物种。我们将每个聚类特有的物种组成与基于指示种分析(ISA)与这些聚类相关的物种进行了比较。为了评估每个诊断(或指示)物种与一个聚类的关联性或保真度,我们计算了经过组大小差异校正的皮尔逊关联φ系数。R 包 indicspecies 中的 multipatt 函数执行置换检验,提供φ相关指数(值介于0和1之间,值越高表示关联性越强)和每个物种-聚类关联的统计显著性。
在识别特有性区域时,建议比较不同方法的结果。因此,我们在区域和次区域层面进行了简约性特有性分析(PAE)。然而,大多数严格共识树在很大程度上未能解析,特别是在岛屿内部,这反映在多个多歧分支上。这些结果表明,当数据集基于相对较少的区域和分类单元时,在简约性框架下对区域分组的支持有限。因此,我们主要依赖多元聚类分析来识别我们研究中的特有性区域。
2.4 物种遗传数据
第二种方法是测试大安的列斯群岛是否构成一个单一生物地理单元,并探索广泛分布、共同分布物种的系统发育地理学模式,我们在一个共同的分析框架内重新分析了先前发表的数据。在区域层面,Limia 属是唯一遍布大安的列斯群岛四个岛屿的淡水鱼类类群。因此,为了评估岛屿之间的关系,我们使用了 GenBank 中可用的线粒体标记(cytb)部分序列,并推断了 Limia 物种之间的系统发育关系。在次区域层面,我们使用先前研究中的线粒体序列检查了四种古巴花鳉科鱼类的关系和种群结构:Girardinus falcatus (cytb)、Girardinus metallicus (cytb)、Gambusia punctata 物种复合体 (cytb) 和 Limia vittata (COI)。所有序列的登录号均列于表中。不幸的是,来自伊斯帕尼奥拉岛和牙买加的广泛分布物种的遗传数据仍然不完整,阻止了我们在每个岛屿内进行可比的分析。
2.5 基于遗传数据识别特有性区域
对于上述每个分类单元,在使用 IQ-TREE 2 中的 ModelFinder 进行系统发育推断之前,先进行模型选择和分区方案选择。然后在 IQ-TREE 2 中进行最大似然分析,并进行10,000次自举重复(BS)。还采用了 BEAST v2.7.7 中实现的贝叶斯推断来推断 Limia 属、Girardinus falcatus、G. metallicus、Limia vittata 物种和 Gambusia punctata 物种复合体的系统发育假说。对每个数据集(分类单元)进行了两次独立的运行,每次1000万代。在 TRACER v1.7.2 中评估了马尔可夫链蒙特卡罗(MCMC)收敛性和有效样本量(ESS > 200)。在丢弃初始25%的预烧期后计算贝叶斯后验概率(BPP)。为了补充系统发育推断,使用 MEGA 11.0.13 中从1000次自举重复计算出的未校正p-距离估算了每个分类单元主要分支之间的遗传分歧。
为了评估分类单元内的遗传结构,我们使用 PopART 中的Median-Joining方法构建了单倍型网络。我们使用 DnaSP 6.12.03 估算了单倍型多样性(h)和核苷酸多样性(π)及其标准差。作为遗传结构的独立度量,我们使用 Arlequin 3.5 对每个分类单元进行了嵌套分子方差分析(AMOVA)。该分析将遗传方差在群体内和群体间进行划分,使我们能够评估遗传多样性如何在层次水平(即,组间、组内群体间和群体内)上构建。我们使用从贝叶斯分析推断出的主要分支和从单倍型网络中恢复的组作为指导,将种群聚类作为 AMOVA 的输入。
3 结果
3.1 大安的列斯群岛淡水鱼类的多样性、特有性和分布
大安的列斯群岛的淡水鱼类区系包括62个物种,分属于8科14属,其中57%的属和92%的物种是该地区的特有种。然而,这种多样性在岛屿间分布不均。具体而言,古巴(8科,13属,26种,81%特有)和伊斯帕尼奥拉岛(4科,7属,30种,93%特有)拥有最多的分类单元,而牙买加(3科,5属,7种,57%特有)和开曼群岛(3科,4属,5种,40%特有)的物种丰富度显著较低。按流域计算,本地和特有种丰富度之间的差异在古巴和伊斯帕尼奥拉岛等较大岛屿上更为明显。
类似地,大安的列斯群岛淡水鱼类区系的地理分布在每个岛屿内部也有所不同。在流域层面,物种丰富度最高的区域(15-16种)出现在古巴西部,本地物种对该群岛中北部地区的多样性有显著贡献。伊斯帕尼奥拉岛西南部的蒂布龙半岛拥有大安的列斯群岛最高的物种丰富度(16种),包括13个特有种,其中11种是米拉瓜讷湖(Lake Miragoâne)的特有种。在牙买加,西南部流域支持更多的分类单元(6种),而开曼群岛最大的流域(大开曼岛)包含稍多的物种(5种本地种;40%特有)。
当物种丰富度根据物种分布进行反向加权时——一种称为加权特有性的相对度量,它表示一个分类单元在给定区域(在本研究中指流域)的分布限制程度——我们发现物种丰富度和加权特有性模式在岛屿间部分重合。由于分布范围更广的物种对加权特有性值的贡献较小,低加权特有性在空间上占主导地位。例外情况包括古巴西部的三个具有中高值的流域和伊斯帕尼奥拉岛的三个流域。值得注意的是,蒂布龙半岛是唯一具有高加权特有性值的流域,考虑到在米拉瓜讷湖发现的大量特有种,这是预期的。
3.2 大安的列斯群岛淡水鱼类的空间分布模式
我们在区域尺度(即跨岛屿,包括所有物种)和次区域尺度(即岛屿内部,仅包括特有种)进行了层次聚类分析。在这两种情况下,UPGMA 产生的存在/缺失矩阵和 Jaccard 相异矩阵之间的共表相关系数(CCC)最高。在区域分析中,Kelley–Gardner–Sutcliffe (KGS) 惩罚度量确定6个组作为大安的列斯群岛河流流域的最佳聚类数量:每个岛屿一个(牙买加、开曼群岛和古巴),伊斯帕尼奥拉岛内部三个(西南盆地、伊盖-萨马纳盆地和该岛其余部分)。然而,两个较小的伊斯帕尼奥拉岛聚类(即西南盆地和伊盖-萨马纳)缺乏统计或稳定性验证。当我们排除西南盆地(该盆地记录的16个物种中有11个是米拉瓜讷湖的特有种)重复此分析时,恢复了四个界限分明的聚类,每个聚类对应一个岛屿,并获得了高度支持。在这两项分析中,同一岛屿内的河流流域彼此之间比与其他岛屿的流域更为相似。
在次区域尺度上,在古巴内部检测到五个聚类(KGS: k = 5, CCC = 0.833),通过自助重采样具有高稳定性(Jaccard 指数 = 0.84):(1)北部瓜尼关尼科地体——包括与东部奥尔加诺斯山脉相关的两个主要流域和西部罗萨里奥山脉相关的流域;(2)哈瓦那-马坦萨斯高地——位于(1)东部,包括哈瓦那-马坦萨斯蛇绿岩地块北部的哈瓦那-马坦萨斯和内陆流域,以及 flanking 哈瓦那-马坦萨斯海峡的塞巴莫查-科利塞奥和卡德纳斯-圣何塞流域;(3)西南古巴——位于(1)和(2)南部,包括瓜纳阿卡维韦斯盆地、瓜尼关尼科山脉南部的流域、南部盆地、萨帕塔沼泽和青年岛(通过巴塔巴诺湾与大陆相连的小岛);(4)中东部地块——我们研究中最大的区域,有11个流域,包括古巴中南部的 Guamuhaya 地块和东南部的马埃斯特拉山脉;以及(5)莫阿-巴拉科阿地块——对应于该岛最东端的山脉,包括三个流域:北部的关塔那摩和马亚里-巴拉科阿,以及南部的马坎博-迈西。这五个聚类之间的物种组成存在显著差异,指示种分析识别出16个与它们相关的物种,每个河流流域聚类显著关联一到三个物种。
在伊斯帕尼奥拉岛内部,识别出五个聚类(KGS: k = 5, CCC = 0.796),通过自助重采样具有高稳定性(Jaccard 指数 = 0.81):(1)蒂布龙半岛——它是一个单流域聚类,包括西南盆地;(2)西北中科迪勒拉-巴奥鲁科山脉——包括该岛最西北的盆地,西北盆地,以及中科迪勒拉和巴奥鲁科山脉之间的流域;(3)北达哈翁盆地——另一个单流域聚类,包括北达哈翁河流域;(4)东北中科迪勒拉——包括萨马纳半岛、北科迪勒拉山脉北部的流域,以及位于中科迪勒拉和北科迪勒拉山脉之间的流域,和科迪勒拉山脉以北的米切斯和萨瓦纳德马尔盆地;(5)南科迪勒拉山脉——包括两个流域,圣佩德罗德马科里斯-拉罗马纳和伊盖。这五个区域之间的物种组成存在统计学差异。指示种分析识别出16个与蒂布龙半岛相关的物种,5个与西北中科迪勒拉-巴奥鲁科山脉相关的物种,以及3个与北达哈翁盆地相关的物种。其中,只有西北中科迪勒拉-巴奥鲁科山脉中的一个两物种组合(Gambusia hispaniolana 和 Limia perugiae)具有统计学显著性(p < 0.05)。在东北中科迪勒拉山脉检测到另外两个物种和三个两物种组合的显著关联,在南科迪勒拉山脉检测到一个物种的显著关联。
在牙买加内部,检测到三个聚类(KGS: k = 3, CCC = 0.943),具有高稳定性,如自助重采样所示(Jaccard 指数 = 0.983):(1)汉诺威地块——包括大河流域;(2)北部克拉伦登-蓝山地块——包括三个东北部流域和三个东南部流域;以及(3)南部克拉伦登地块——包括其余三个西南部流域。这三个流域组之间的物种组成存在显著差异。然而,该数据集仅包含四个特有种,其中两个在所有流域共享。在与特定流域相关的两个物种中,即 Gambusia melapleura 和 Cubanichthys pengelleyi,只有后者与一个特定聚类(南部克拉伦登地块)显著相关。
3.3 大安的列斯群岛淡水鱼类遗传结构的空间模式
Limia 是大安的列斯群岛特有的唯一广泛分布于所有四个岛屿的属。因此,我们利用其进化关系独立地检验了大安的列斯群岛是否形成单系生物地理单元。我们还包括了来自伊斯帕尼奥拉岛的两种 Poecilia 物种,被认为是 Limia 的姐妹群。虽然贝叶斯推断强烈支持大多数分类单元的系统发育位置,但在最大似然法下对这些关系的支持度较低。牙买加特有的 Limia melanogaster 被恢复为所有其他 Limia 的姐妹群。古巴特有的 Limia vittata 和开曼群岛特有的 L. caymanensis 聚类为姐妹分类单元。然而,来自伊斯帕尼奥拉岛的物种并未形成单系群。来自伊斯帕尼奥拉岛的大多数物种与 L. vittata + L. caymanensis 亲缘关系更近。L. zonata 被恢复为该分支的姐妹群。相比之下,在较大的伊斯帕尼奥拉岛分支中,所有来自米拉瓜讷湖的谱系形成了一个单系群。
我们还检查了岛屿内潜在的种群水平遗传结构,以古巴为模型来识别精细尺度的系统发育地理学模式。我们选择这个群岛是因为它在种群水平上拥有最丰富的可用遗传数据,允许进行比较系统发育地理学方法。尽管贝叶斯分析和最大似然法产生了相似的拓扑结构,但前者产生了更强的分支支持。图示了四个花鳉科谱系的系统发育地理学模式,使用贝叶斯推断和中值连接单倍型网络推断。遗传变异模式在地理上是一致的,并且在谱系间部分重叠,与根据分布数据识别的河流流域聚类密切匹配。
在 Girardinus metallicus 内部恢复了四个得到很好支持的分支,分布在古巴先前识别的五个区域中的两个。然而,来自西南古巴和中东部地块的种群并非彼此最亲近的亲戚。单倍型网络呈现星状模式,单倍群 m1 通过八个未采样单倍型与其余单倍群(m2–m4)相互连接。我们还发现 G. metallicus 内部的遗传变异是由地理构造的,大部分遗传变异(75%)发生在这些分支之间,而不是分支内部。
在 Girardinus falcatus 内部也恢复了四个得到很好支持的分支,分布在古巴先前识别的五个区域中的两个。然而,来自西南古巴区域的种群并非彼此最亲近的亲戚。单倍型网络显示单倍群 f1 和其余单倍群(f2–f4)之间有21个突变步骤。只有三个未采样单倍型连接 f2 和 f3–f4。与 G. metallicus 类似,G. falcatus 内部的遗传变异是地理构造的,大部分遗传变异(80.71%)包含在这些分支之间,而不是分支内部。
在 Limia vittata 内部恢复了三个得到很好支持的分支,横跨古巴先前识别的五个聚类。有趣的是,来自古巴西部的种群形成了一个自然类群,但并非所有来自西南古巴区域的种群都是彼此最亲近的亲戚。单倍型网络显示星状模式,单倍群 v3 占据中心位置。Limia vittata 内部的遗传变异也是地理构造的,大部分变异(80.24%)包含在三个种群组之间,而不是组内。
在 Gambusia punctata 物种复合体内识别出四个得到很好支持的分支,横跨古巴先前识别的五个聚类中的四个。然而,在某些情况下,来自同一区域的种群并非彼此最亲近的亲戚。每个分支都被恢复为一个独立的单倍型网络,星状模式在它们之间是一致的。值得注意的是,这些谱系之间的遗传分歧(未校正p-距离)与其余古巴分类单元相比更高。Gambusia punctata 物种复合体内的遗传变异也是地理构造的;大部分遗传变异(81.07%)发生在四个谱系之间,而不是谱系内部。
4 讨论
理解解释大安的列斯群岛淡水鱼类分布的生物地理过程,以及推断它们的起源区域和定殖路线,一直与重建该地区地质历史一样具有挑战性。虽然大多数关于新热带生物地理学的研究将大安的列斯群岛视为一个单一的生物地理单元,但该区域内的子结构及其在塑造淡水鱼类生物多样性方面的作用在很大程度上被忽视了。通过使用分布和遗传数据进行精细尺度分析,我们提供了证据表明大安的列斯群岛内存在多个特有性区域。我们的结果表明,该地区的高淡水丰富度并非随机或均匀分布在岛屿上,并且形成这些具有生物地理意义的子区域的河流流域集群与大安的列斯群岛的构造块体一致。我们的研究也支持了先前的工作,即结合分布和分子数据来揭示特有性区域内的精细子结构。此外,我们强调了当前的数据差距,并为该地区未来的研究提供了一个可检验的生物地理单元假说。
4.1 大安的列斯群岛内的多个特有性区域
大安的列斯群岛在新热带地区内被恢复为一个独立的生物地理单元。然而,它们独特的淡水鱼类区系和地质复杂性表明了显著的子结构。大安的列斯岛弧开始形成于盘古大陆分裂期间(约1.35亿年前),该地区后来由于抬升、侵蚀以及北美板块和加勒比板块之间的运动而重塑,形成了构成这些岛屿今天的构造块体。这些地质过程产生了山脉、山谷和历史古岛,这些作为扩散的障碍和/或走廊,最终影响了淡水鱼类组合。我们的层次聚类分析在古巴和伊斯帕尼奥拉岛内部检测到五个特有性区域,在牙买加内部检测到三个,流域按岛屿而非跨岛屿聚类。它们的大部分边界反映了地形的地质特征。综上所述,我们的结果表明大安的列斯群岛的淡水鱼类区系深受历史和地质事件的构造。
在古巴西部检测到三个特有性区域,这里拥有该岛最高的淡水鱼类多样性。大多数古巴特有分类单元要么分布广泛,要么局限于该区域,只有三个物种局限于古巴中部和东部。两个非排他性因素可以解释这种模式。首先,古巴西部拥有复杂的水文景观,包括瓜尼关尼科山脉、连接古巴大陆与其第二大岛(青年岛)的浅海陆架(巴塔巴诺湾),以及加勒比海最大的湿地(萨帕塔沼泽)。其次,该区域隆升的陆地从始新世-渐新世(约35-33百万年前)直到上新世(约2.5-2.3百万年前)一直与群岛其余部分被哈瓦那-马坦萨斯海峡分隔。有趣的是,这里大多数分类单元的 proposed 起源区域包括墨西哥湾北部和西部,以及南美洲北部。
中东部地块特有性区域横跨古巴中南部和东南部山脉。中北部部分拥有丰富的本地物种多样性,而 Guamuhaya 地块支持两种高地特有种:Gambusia sp. lineage D 和 Girardinus denticulatus(也存在于东部高地)。形成该特有性区域的陆地区域在海侵期间周期性地被淹没,隔离了高地块体,而低海平面时期重新连接了它们,可能促进了分类单元的扩散和多样化。尽管这是我们研究中最大的生物区域,但大多数特有记录来自中南部山脉,随着进一步调查,可能存在额外的子结构。
第五个古巴特有性区域,莫阿-巴拉科阿地块,包含可追溯到白垩纪(90-1.36亿年前)的山脉,它是 Nandopsis ramsdeni 唯一已知的栖息地。尽管该区域特有的物种很少,但它支持着丰富的洄游物种多样性。有限的特有性可能反映了该地区陡峭的地形和小型、弱断裂的含水层,这可能限制了孤立淡水谱系的建立和持久性。尽管如此,莫阿-巴拉科阿山脉构成了陆生分类单元的主要多样化热点。
伊斯帕尼奥拉岛内部检测到的特有性区域的边界也反映了该岛地质对其淡水鱼类多样性的影响。蒂布龙半岛特有性区域突出表现为单个地点特有物种数量最多的区域。这里的米