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Evolutionary Ecology, Biogeography and Phylogeograph

Evolutionary Ecology, Biogeography and Phylogeograph. 林宗岐 助理教授 Dr. Chung-Chi LIN 國立彰化師範大學生物學系 Department of Biology, NCUE. The third continent 三大陸 ( 澳洲、歐亞非大陸及北美洲、南美洲 ) and Mammalian evolution 哺乳動物進化. Adaptive radiation 適應輻射 vs. Evolutionary convergence 演化收斂 ( 趨同演化 )

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Evolutionary Ecology, Biogeography and Phylogeograph

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Presentation Transcript

  1. Evolutionary Ecology, Biogeography and Phylogeograph 林宗岐 助理教授 Dr. Chung-Chi LIN 國立彰化師範大學生物學系 Department of Biology, NCUE

  2. The third continent 三大陸 (澳洲、歐亞非大陸及北美洲、南美洲) and Mammalian evolution 哺乳動物進化

  3. Adaptive radiation 適應輻射 vs. Evolutionary convergence 演化收斂 (趨同演化) Adaptive radiation is the term applied to the spread of species of common ancestry into different niches 共同祖先的物種，拓展至不同生態區位的一種過程. Evolutionary convergence is the same niche by products of different adaptive radiations, especially in different parts of the world 相異的適應輻射產物，盤據相似的生態區位. (Wilson, 2000) Adaptive radiation

  4. Evolutionary convergence 演化收斂 / 趨同演化 The Tasmanian wolf 袋狼 of Australia, a marsupial, outwardly resembles the “true” wolf 狼 of Eurasia and North America, a placental mammal. (袋狼在澳洲是適應輻射的產物，而兩個物種各自在不同陸塊，並佔據相似的生態區位是演化收斂)

  5. The Diversity of Life Chap. 7 Models of adaptive radiation and convergence Thearchipelagoes 群島 (太平洋 Galapagos 加拉巴哥、Hawaii 夏威夷、印度洋 Mascarenes 馬斯克林) and lakes 湖泊群(Baikal Lake 貝加爾湖與東非裂谷的大湖泊群)are not only isolated but also small andyoung enough, in comparison with the continents and oceans, to keep the patterns of adaptive radiation and convergence simple and hence decipherable.

  6. Hawaii 夏威夷 群島、位置、大小、時間 Hawaii is an archipelago rather than a single island 夏威夷是一群島而非一島嶼, setting the stage for the splitting of populations into full-blown species. It is geographically the most remote of all archipelagoes, so that relatively few colonists have reached its shores. It is large島夠大enough to provide niches for radiation of large numbers of new species, yet small 環境夠小enough to constrict and clearly display the patterns of speciation 種化 and adaptive radiation 適應輻射. Finally, although youthful relative to continents, it is still old enough, about 5 million years in the case of Kauai, for adaptive to have attained an impressive degree of maturity 時間夠久.

  7. Insects on Hawaii The 10,000 known endemic species if insect on Hawaii are believed to have evolved from only about 400 immigrant species. Some have made unique shifts in habitat and lifestyle.

  8. Insects on Hawaii Megalagrion oahuense

  9. Insects on Hawaii Displaying and even more radical shift, caterpillars of the moth genus Eupithecia (球果尺蛾屬) have abandoned their habit of feeding on plants to become ambush predators.

  10. 5.1 m.y. 1.3 m.y. 3.7 m.y. 0.4 m.y. Figure Adaptive radiation of Drosophila spp. in the Hawaiian Islands.

  11. Fig. Pattern diversification in the Hawaiian Drosophila http://www.bio.ilstu.edu/Edwards/HawaiianDrosophila/index.shtml

  12. The Diversity of Life Chap. 7 Galápagos 加拉巴哥群島 ─ 達爾文雀 Darwin’s finches The productions are not as rich as those on Hawaii, but they are conspicuous enough to have inspired Darwin with the idea of evolution. Among those he found most interesting were Darwin’s finches, or the subfamily Geospizinae 地雀亞科in technical classification.

  13. The Diversity of Life Chap. 7 A single colonizing ancestor expanded into thirteen contemporary species overall 由單一種祖先拓殖，目前發展成13種, which fill some of the same feeding niches as the Hawaiian honeycreepers 與分布至夏威夷管舌鳥某些相似的覓食棲位. They shout the truth of evolution, and a naturalist of Darwin’s caliber could not have missed it.

  14. 種系發生生物地理學 • 種系發生動物地理學 (Phylogenetic Biogeography)，以 Hennig (1966) 支序學理論 (Cladistics) 所衍生出來的支序分替生物地理學 (Cladistic vicariance biogeography) 與種系發生生物地理學 (Phylogenetic biogeography) 為理論依據，配合支序分類學的理論、方法與軟體 (PAUP 3.3.1 與 MacCldae 3.05) 進行分析討論。 • 利用支序分類學的原理和方法建構所研究區域內各屬的親緣關係樹，再配合地理分佈現狀去探討各屬內種類的散佈與進化過程。

  15. 圖 亞洲區域動物地理區系分界。A: 澳洲區，IA: 印澳區，Ic:印中亞區 ，Im:印馬亞區，O: 東洋區，P: 舊北區。

  16. 台灣的動物地理分區位置 台灣位於現今動物地理分區中東洋區印中亞區的東隅，在動物相的組成上以東洋區分佈的物種為主要成份，但因台灣地理位置接近舊北區和東洋區交界的渡瀨線及印澳區和東洋區的華萊氏線，因此台灣動物相的組成也受到舊北區與印澳區物種的影響。

  17. 對馬海峽線 渡瀨線 南沖繩諸島線 華萊氏線 新華萊氏線 圖 東亞動物地理區系分界。P: 舊北區主體，Ic:印中亞區 ，Im:印馬亞區，TA:台灣，KO: 韓國，JAP:日本，Hok: 北海道，Hon: 本州， Shi: 四國，Kyu: 九州。

  18. 東亞地區螞蟻相之相似程度 台灣螞蟻相的結構若與琉球諸島，日本四島及韓國等地區比較，不難發現有些區域的螞蟻相組成與台灣有些相似。將利用螞蟻的屬在東亞地區之分佈狀態的資料，及數值分類分析的方法比較台灣與琉球、日本四島及韓國的螞蟻相在屬之階元上的相似程度。

  19. 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 圖 東亞地區螞蟻相屬級階元相似度比較。

  20. 第四紀東亞地區之地史變化 圖 新生代第四紀上新世初期 (距今1200~1000萬年前) 東亞地區古地圖 (紅線部份)。

  21. Fig. Major features of the world's oceans. Note the strong vertical exageration in this figure, slopes are much more gentle than shown.

  22. 第四紀東亞地區之地史變化 圖 新生代第四紀上新世中期 (距今500萬年前) 東亞地區古地圖 (紅線部份)。

  23. Fig. Major features of the world's oceans. Note the strong vertical exageration in this figure, slopes are much more gentle than shown.

  24. 第四紀東亞地區之地史變化 圖 新生代第四紀更新世中期 (距今55萬年前) 東亞地區古地圖 (紅線部份)。

  25. 第四紀東亞地區之地史變化 圖 新生代第四紀更新世中期 (距今45萬年前) 東亞地區古地圖 (紅線部份)。

  26. Fig. Major features of the world's oceans. Note the strong vertical exageration in this figure, slopes are much more gentle than shown.

  27. 表 新生代第四紀東亞地區與台灣重要之地史事件。 地史事件 距今時間 (萬年) 4 6 24 38 45 100 150 200 340 500 1200 2800 冰期 Würm Riss Mindel Günz 紀 Period 第四紀 Quaternary 第三紀 Tertiary 世 Epoch 全新世 Holocene 更新世 Pliestocene 上新世 Pliocene 中新世 Miocene 小蘭嶼形成 海退，第三次大陸域期 蘭嶼海峽形成、吐喀喇海峽形成 海退，第二次大陸域期 宮古海峽形成 海退，第一次大陸域期 綠島形成 蘭嶼形成 台灣島隆起生成 琉球群島形成 日本本島形成

  28. 瘤顎家蟻屬 Strumigenys 科：蟻科 FORMICIDAE 亞科：家蟻亞科 MYRMICINAE 族： 針刺家蟻族 Dacetini Bolton (2000) 統計瘤顎家蟻屬已記錄466種，分佈於各大動物地理區，以熱帶區系為主要分佈中心，推測為熱帶地區起源的蟻種。瘤顎家蟻為小型且行動緩慢之肉食性蟻類，以小型節肢動物為食餌，尤其以跳蟲為主要取食對象。

  29. 1 mm 1 mm 1 mm 1 mm

  30. 表 東亞地區瘤顎家蟻種類分佈 台灣產瘤顎家蟻 1. S. solifontis 2. S. liukueiensis 3. S. hispida 4. S. lichaensis 5. S. chuchihensis 6. S. minutula 7. S. lacunosa 8. S. formosensis 9. S. orchidensis 10. S. nanzonensis 11. S. konteiensis 12. S. trada 13. 14. 15. 16. 17. 18. 韓國產瘤顎家蟻 S. lweisi S. sp. a 日本產瘤顎家蟻 S. solifontis S. minutula S. lacunosa S. lweisi S. sp. 3 S. sp. 4 S. sp. 5 S. sp. 6 S. sp. 9

  31. 東亞地區針刺家蟻族 (Dacetonini) 研究分析地點說明 0.Lutao is. 綠島 1.Orchid is. 蘭嶼 2.Taiwan 台灣 3.Yonaguni-jima is. 4.Hateruma is. 5.Irimote-jima is. 6.Ishigak is. 7.Kuro-shima is. 8.Kobama-jima is 9.Taketomi-jima is. 10.Miyako-jima is. 11.Ikema-jima is. 12.Uotsuri-jima is. 13.Minami-jima is. 14.Okinawa-jima is. 15.Henza-jima is. 16.Sesoko-jima is. 17.Yoron-to is. 18.Okino-erabu-jima is. 19.Tokuno-shima is. 20.Amami-oshima is. 21.Iou-torishima is. 22.Takara-jima is. 23.Nakano-shima is. 24.Yaku-shima is. 25.Tenega-shima is. 26.Kyushu 九州 27.Shikoku 四國 28.Honshu 本州 29.Hokkaido 北海道 30.Tsushima is. 31.Cheji-do is. 32.Korea 韓國

  32. (1) 大顎前突齒(W, Q): 0, 四齒; 1, 三齒; 2, 二齒; 3, 六齒 (2) 大顎亞前突齒(W, Q): 0, 明顯; 1, 退化 (3) 大顎型(W, Q): 0, 鉤狀; 1, 鐮刀狀 (4) 頭盾前緣(W, Q): 0, 平直; 1, 凹陷 (5) 觸角窩穴上緣毛(W, Q): 0, 無; 1, 有 (6) 頰部絲狀緣毛(W, Q): 0, 無; 1, 有 (7) 後頭部毛列(W, Q): 0, 無; 1, 有 (8) 頭蓋毛型(W, Q): 0, 刀狀; 1. 針狀; 2, 絲狀; 3. 葉狀 (9) 前胸背板緣毛(W): 0, 無; 1. 絲狀; 2, 針狀; 3. 柱狀 (10) 中胸背板緣毛(W): 0, 無; 1. 絲狀; 2, 針狀; 3. 柱狀 (11) 前胸背板毛叢(W): 0, 無; 1, 稀疏; 2, 濃密 (12) 中胸側板刻紋(W): 0, 平滑; 1, 刻紋明顯 (13) 前伸腹節背板刻紋(W): 0, 平滑; 1, 蜂巢狀; 2. 凹孔狀 (14) 前伸腹節刺(W, Q): 0, 明顯; 1, 半海綿體化;2, 海綿體化 (15) 腹柄節毛型(W, Q): 0, 絲狀; 1, 針狀; 2. 柱狀; 3. 葉狀 (16) 腹錘背板毛(W, Q): 0, 少疏; 1, 多密 (17) 大顎指數MI (W, Q): 0, MI>40; 1, MI<40 (18) 複眼小眼數(W): 0, >10; 1, 6~10; 2, <6 (19) 單眼(Q): 0, 大; 1, 小 (20) 前胸背板(Q): 0, 隆起; 1, 平 (21) 前胸背板側面刻紋(W): 0, 平滑; 1, 部份刻紋; 2, 全部刻紋 (22) 體長(W): 0, >3mm; 1, 2~3mm; 2, <2mm 圖 東亞地區瘤顎蟻屬 (Strumigenys) 分類特徵變化

  33. outgroup solifontis liukueiensis hispida lichaensis trada lweisi sp. 9 chuchihensis nanzonensis sp. 4 minutula sp. 3 formosensis orchidensis sp. 5 sp. 6 lacunosa konteiensis 圖 東亞地區瘤顎蟻屬 (Strumigenys) 種類之系統樹

  34. 表 東亞地區瘤顎蟻屬(Strumigenys)種類之地理分佈與親源關係 種類/ 島嶼 S. solifontis S. liukueiensis S. hispida S. lichaensis S. trada S. lweisi S. sp.9 S. chuchihensis S. nanzonensis S. sp. 4 S. minutula S. sp.3 S. formosensis S. orchidensis S. sp.5 S. sp.6 S. lacunosa S. konteiensis 0 123 5 6 1014 15 18 19 20 22 2326 27 28 29 30 3132 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

  35. 東亞地區劉氏瘤顎蟻分系地理分佈及親緣關係 S. solifontis S. liukueiensis S. hispida S. lichaensis S. trada S. lweisi S. sp.9 S. chuchihensis S. nanzonensis S. sp. 4 S. minutula S. sp.3 S. formosensis S. orchidensis S. sp.5 S. sp.6 S. lacunosa S. konteiensis

  36. 東亞地區南仁瘤顎蟻分系地理分佈及親緣關係 S. solifontis S. liukueiensis S. hispida S. lichaensis S. trada S. lweisi S. sp.9 S. chuchihensis S. nanzonensis S. sp. 4 S. minutula S. sp.3 S. formosensis S. orchidensis S. sp.5 S. sp.6 S. lacunosa S. konteiensis

  37. 東亞地區瘤顎家蟻散佈與進化過程假說 配合現今瘤顎家蟻種類在東亞地區分佈的狀況、分佈類型、親緣關係及東亞地區的地史資料，對於瘤顎家蟻在東亞地區的遷移與進化過程可以作以下之推論假說： (1) 異域種化假說 (Classicial allopatric speciation hypothesis) (2) 散佈假說 (Dispersal hypothesis) (3) 邊緣種化假說 (Peripatric speciation hypothesis)

  38. 東亞地區劉氏瘤顎蟻分系地理分佈及親緣關係 S. solifontis S. liukueiensis S. hispida S. lichaensis S. trada S. lweisi S. sp.9 S. chuchihensis S. nanzonensis S. sp. 4 S. minutula S. sp.3 S. formosensis S. orchidensis S. sp.5 S. sp.6 S. lacunosa S. konteiensis

  39. JAP KOR 對馬海峽 (120~210 m) 大隅海峽 (100 m) 吐喀喇海峽 (1000 m) 与論鞍部 (500 m) 宮古海峽 (1000 m) 与那国海谷 (500 m) 蘭嶼海峽 (1000 m) 台灣海峽 (60-100 m) P Os Am Ok Ku Ic TA Lu Pe Or Im 圖 東亞地區間重要海峽之位置圖。

  40. 表 第四紀東亞地區陸橋變化 6 冰期 D-G D-G D-G D- G G G-M G-M M M-R R R-W R-W W W W 距今 1000 700 500 150 120 100 55 45 38 24 10 6 4.5 2 0 a b c d e f g h I j k l n m 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 JAP KOR n 2 m l j k 45 CHI h i 38 f 45 g e 100 TA d c b 台灣海峽 与那国海谷 吐喀喇海峽 0: Present 与論鞍部 蘭嶼海峽 宮谷海峽 大隅海峽 對馬海峽 a 2 38 PHI (1000 m) (< 100 m) (1000 m) (500 m) (< 200 m) (100 m) (500 m) (1000 m) 圖 東亞動物地理區系分界。

  41. 異域種化假說 (Classic allopatric speciation hypothesis) JAP KOR 1. 此姐妹群的祖先物種應該在距今100萬年前遷入東亞地區，並且散佈至各區域成為一廣域分佈的祖先種。 2. 45萬年前因吐喀喇海峽、与那国海谷形成，將此廣域分佈的種類隔離成北中南三族群。 3. 族群各自種化成現今親緣關係密切的姐妹群。 * 分替理論 P 45 45 Ic 100 TA Im

  42. JAP 散佈假說 (Dispersal hypothesis) KOR P 1. 在東亞各地區逐漸形成後，藉由各地區間陸橋的出現，以南北兩路徑遷入東亞地區島嶼。 2. 南北姊妹群的種化時間與地理隔離關係較微弱，但會受隔離而影響分布現狀。 * 散佈理論 45 45 Ic TA Im

  43. 台灣產蟻科之泛動物地理學 Panzoogeography 分析單元 Analytic unit 分析區域 Analytic area

  44. 圖 造成生物地理分佈形式變化可能的過程 (改自Myer and Giller, 1988)。

  45. 台灣產蟻科泛動物地理學之分析單元 圖 厚背刺家蟻 (Acanthomyrmex crassispina) 與其近似種之親緣關係。

  46. 圖 台灣產蟻科種類與姐妹群之分佈類型。

  47. Type II Type I 圖 邵氏黑豔蟻 (Myrmecina sauteri) 與其姐妹群之分佈圖。

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