Historical demography of the dung beetle Canthon cyanellus LeConte, 1859: A neotropical species complex

Stel je de Aarde voor als een gigantisch, verschuivend puzzelbord waar continenten uit elkaar drijven en bergen oprijzen als langzame vulkanen. Stel je nu de wezens voor die op dat bord leven—zoals insecten—die proberen bij te houden hoe het landschap verandert. Dit is de wereld van de historische demografie, een tak van de wetenschap die fungeert als een tijdmachine voor populaties. In plaats van naar fossielen in rotsen te kijken, kijken wetenschappers naar de minuscule code binnen levende wezens (DNA) om hun familiegeschiedenis te lezen. Denk aan DNA als een biologisch dagboek; over miljoenen jaren stapelen kleine typefouten en veranderingen zich op in deze dagboeken. Door de dagboeken van verschillende groepen te vergelijken, kunnen wetenschappers ontdekken wanneer families uit elkaar gingen, wanneer ze enorm groeiden en wanneer ze in kleine zakjes werden geduwd. We geven hierom omdat het ons helpt te begrijpen hoe de ongelooflijke biodiversiteit van de wereld is opgebouwd, en hoe dieren overleven wanneer het klimaat wild wordt.

Nu zoomen we in op een zeer specifieke, zeer drukke kleine bewoner: de mestkever. Specifiek een soort genaamd Canthon cyanellus. Deze kevers zijn de schoonmaakploeg van de Neotropen, die balletjes poep rollen om hun baby's te voeden. Maar hier komt de wending: hoewel ze eruitzien als één grote familie, zijn ze misschien wel een verzameling verschillende families die zich onder dezelfde naam verschuilen. Dit artikel is als een detectivespel waarbij onderzoekers genetische aanwijzingen gebruiken om het mysterie op te lossen wie deze kevers werkelijk zijn, waar ze vandaan komen en hoe de geschiedenis van de Aarde hun leven heeft gevormd.

De wetenschappers verzamelden kevers uit heel Mexico en Colombia, van de warme laaglanden tot de koelere berghellingen. Ze namen een minuscuul stukje van het pootje van elke kever en lazen drie verschillende hoofdstukken van diens genetische dagboek: twee uit de mitochondriën (de energiefabriek van de kever, die snel verandert en geweldig is voor het volgen van recente stambomen) en één uit de celkern (het centrale controlecentrum, dat langzamer verandert). Ze wilden zien of de kevers in verschillende gebieden daadwerkelijk aan elkaar verwant waren of dat ze zo lang gescheiden waren dat ze verschillende soorten aan het worden waren.

Het onderzoek onthulde een fascinerend verhaal van scheiding en expansie. De genetische gegevens toonden aan dat de Mexicaanse kevers en de Colombiaanse kevers een lange tijd geleden uit elkaar zijn gegaan, ongeveer 2,81 miljoen jaar geleden. Deze timing is geen toeval; het komt perfect overeen met de vorming van de landengte van Panama, de smalle strook land die Noord- en Zuid-Amerika verbond. Het is alsof de voorouders van de kevers in Zuid-Amerika leefden, en toen de landbrug ontstond, sommige van hen een lift naar het noorden naar Mexico namen, terwijl anderen achterbleven.

Eenmaal gescheiden, kregen de kevers te maken met een nieuwe uitdaging: de oprijzende Andesgebergte in Colombia. De gegevens suggereren dat dit enorme gebergte fungeerde als een gigantische muur, waardoor de Colombiaanse kevers in twee duidelijke groepen werden gesplitst: één die ten noorden van de bergen leefde en één die ten zuiden ervan leefde. In Mexico is het verhaal nog complexer. De onderzoekers ontdekten dat de Mexicaanse kevers niet zomaar één groep zijn; ze zijn verdeeld in minstens zeven verschillende familielijnen (clades). Deze lijnen lijken te zijn gevormd tijdens het Pleistoceen, een tijd waarin de Aarde door wilde schommelingen van ijstijden en warme perioden ging.

Hier wordt het verhaal nog interessanter. De kevers bleven niet alleen maar stilzitten; ze bewogen en groeiden in reactie op het klimaat. De studie suggereert dat de keverpopulaties tijdens warme, "interglaciale" perioden (tijden wanneer het ijs zich terugtrok) in omvang explodeerden. Het is alsof wanneer een droog seizoen eindigt en een plotselinge regenbui de rivieren vult; de kevers hadden meer ruimte en voedsel, dus zwollen hun aantallen aan. Echter, tijdens koudere tijden krompen hun populaties of raakten ze geïsoleerd. De genetische "dagboeken" laten zien dat deze expansies op verschillende tijden voor verschillende groepen plaatsvonden, vaak samenvallend met specifieke warme perioden in de geschiedenis van de Aarde, zoals 0,2 miljoen jaar geleden of 80.000 jaar geleden.

Eén van de meest opwindende bevindingen gaat over het uiterlijk van de kevers. Deze kevers staan bekend om het dragen van verschillende "outfits"—sommigen zijn glanzend blauw, anderen hebben oranje spikkels en sommige hebben donkere driehoekige patronen. Lange tijd dachten wetenschappers dat deze kleurverschillen slechts variaties binnen één soort waren. Maar deze studie suggereert dat de genetische verschillen zo diep gaan dat sommige van deze kleurrijke groepen eigenlijk cryptische soorten kunnen zijn—verschillende soorten die er hetzelfde uitzien maar genetisch verschillend zijn. De kevers in Colombia vertonen bijvoorbeeld een zo sterke genetische scheiding dat de onderzoekers vermoeden dat ze twee of meer verschillende soorten vertegenwoordigen die toevallig een beetje op elkaar lijken.

Het artikel keek ook naar hoe de kevers zich door het landschap bewogen. Ze vonden een patroon genaamd "isolatie door afstand", wat lijkt op een spelletje telefoontje waarbij de boodschap steeds meer vervormd raakt naarmate de afstand groter wordt. Hoe verder twee keverpopulaties uit elkaar liggen, hoe meer de dagboeken van hun genetische informatie van elkaar verschillen. Dit suggereert dat hoewel deze kevers kunnen vliegen, ze niet gemakkelijk grote afstanden afleggen. Ze hebben de neiging dicht bij huis te blijven, wat verklaart waarom de bergen en oceanen zo effectief zijn geweest in het splitsen van hen.

Dus, wat is het definitieve oordeel? De studie sugggeert dat Canthon cyanellus niet zomaar één eenvoudige soort is, maar een "soortcomplex"—een verstrengeld web van verwante maar duidelijke lineages. De splitsing tussen Mexico en Colombia vond plaats rond 2,81 miljoen jaar geleden, waarschijnlijk door de vorming van de landbrug van Panama. Het Andesgebergte hakte later de Colombiaanse populatie in stukken, en de verschuivende ijstijden van de afgelopen miljoenen jaren zorgden ervoor dat de Mexicaanse populaties werden opgesplitst in minstens zeven verschillende lijnen. Hoewel de kleurrijke jassen van de kevers eruit kunnen zien als een modeschow, suggereert het genetische bewijs dat sommige van die kleuren de grenzen markeren van geheel andere evolutionaire paden. De onderzoekers concluderen dat de geschiedenis van deze kleine kevers een perfect voorbeeld is van hoe de geologie en het klimaat van de Aarde fungeren als de ultieme architecten van het leven, waarbij zij nieuwe soorten creëren, één bergketen en één warme periode tegelijk.