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Acceso Abierto
Repeated evolution of reduced visual investment at the onset of ecological speciation in high-altitude Heliconius butterflies
Título de la revista
Autores
Rivas-Sánchez, David F.
Morris, Jake
Salazar, Camilo
Pardo-Díaz, Carolina
Merrill, Richard M.
Montgomery, Stephen H.
Fecha
2024-06-12
Directores
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Resumen
La colonización de nuevos hábitats suele ir acompañada de selección divergente sobre rasgos que son cruciales para la aptitud biológica, especialmente aquellos vinculados a la percepción sensorial necesaria para la navegación y la búsqueda de alimento. No obstante, aún no está claro en qué medida la respuesta inicial a nuevos entornos sensoriales está mediada por la plasticidad fenotípica ni cuál es el papel de la adaptación sensorial o neural en las etapas tempranas de la divergencia entre especies. En este estudio se aprovecharon casos repetidos de especiación en mariposas del género Heliconius, con distribuciones alopátricas independientes en los Andes occidentales de Colombia y Ecuador. Mediante mediciones volumétricas del cerebro, se analizaron patrones de inversión en áreas primarias de procesamiento sensorial en distintas localidades y hábitats. Los resultados muestran que la especie de mayor altitud Heliconius chestertonii difiere en la inversión en componentes visuales y olfativos del cerebro en comparación con su pariente de tierras bajas H. erato venus, diferencias atribuibles principalmente a variación heredable de sentido amplio, inferida a partir de comparaciones entre individuos silvestres y criados en condiciones de jardín común. Esta variación es consistente con procesos de selección divergente y se compara con patrones observados en otra especie de alta montaña, H. himera, y su contraparte de tierras bajas H. erato cyrbia, evidenciando reducciones paralelas en el tamaño de neuropilos específicos del lóbulo óptico. En contraste, el lóbulo antenal mostró cambios distintos entre H. himera y H. chestertonii respecto a sus congéneres de tierras bajas. En conjunto, los hallazgos refuerzan el potencial adaptativo de la divergencia neuroanatómica asociada al procesamiento sensorial durante las fases iniciales de la formación de especies.
Abstract
Colonization of new habitats is typically followed by divergent selection acting on traits that are immediately important for fitness. For example, differences between sensory environments are often associated with variation in sensory traits critical for navigation and foraging. However, the extent to which the initial response to novel sensory conditions is mediated by phenotypic plasticity, and the contribution of sensory or neural adaptation to early species divergence remains unclear. We took advantage of repeated cases of speciation in Heliconius butterflies with independent allopatric distributions in the west of the Colombian and Ecuadorian Andes. Using volumetric brain measurements, we analyzed patterns of investment in primary sensory processing areas of the brain across different localities and habitats. We find that a higher altitude species, Heliconius chestertonii , differs in levels of investment in visual and olfactory brain components compared with its lower altitude relative H. erato venus , mainly attributable to broad-sense heritable variation as inferred from comparisons between wild and common-garden-reared individuals. We provide evidence that this variation is consistent with divergent selection, and compare these shifts with those reported for another high-altitude species, H. himera , and its parapatric lowland counterpart, H. erato cyrbia , to demonstrate parallel reductions in the size of specific optic lobe neuropils. Conversely, for the antennal lobe, we detected different trait shifts in H. himera and H. chestertonii relative to their lowland H. erato neighbors. Overall, our findings add weight to the adaptive potential of neuroanatomical divergence related to sensory processing during early species formation.
Palabras clave
Especiación , Selección divergente , Plasticidad fenotípica , Neuroanatomía , Procesamiento sensorial , Mariposas , Heliconius , Adaptación altitudinal , Evolución del cerebro , Divergencia temprana de especies
Keywords
Neuroecology , Parallel adaptations , Optic lobe , Antennal lobe , Ecological speciation , Brain plasticity
