patrones de diversificaciÓn y diferenciaciÓn genÉtica en
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PATRONES DE DIVERSIFIC AC IÓN Y D IFERENCIACIÓN GENÉTICA
EN MYADESTES RALLOIDES (PASSERIFO RMES, TURDIDAE) A LO
LARGO DEL COMPLEJO ANDINO
FRANC ISCO JAVIER VELÁSQUEZ PUENTES
Trabajo de grado presentado para optar al título de Biólogo
DIRECTOR
Carlos Daniel Cadena
P.h.D Biología
CODIREC TO R
Juan Armando Sánchez
P.h.D Biología
Universidad de los Andes
Facultad de Ciencias
Departamento de Ciencias Biológi cas
Bogotá D.C, Enero de 2008
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INDICE
AGRADECIMIENTOS 4 RESUMEN 5 INTRODUCCION 6
El levantamiento Andino 6
Importancia de las glaciaciones del Pleistoceno en la diversificación
de distintos grupos de aves 8
Impacto de las glaciaciones en los Andes colombianos 8
Diversificación de la especie Myadestes rallo ides 9
Filogeografía 10
Coalescencia e historia demográfica de las poblaciones 11
Coalescencia y f lujo genético 12
OBJETIVO 13
HIPO TESIS Y PREDICC IONES 13
METODOLOGÍA 14
Recolección del material 14
Extracción y secuenciación de ADN 15
Reconstrucciones genealógicas 16
Análisis poblacionales 16
Aislamiento por distancia 17
Estructura genética 17
Flujo genético 18
Red de haplotipos 19
Demografía h istórica 19
Tiempos de divergencia 20
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RESULTADOS 21
ANÁLISIS FILOGENÉTICOS 21
Parsimonia 21
Máxima verosimilitud 22
ANÁLISIS POBLACIONALES 23
Modelo de aislamiento 23
Estructura genética 23
Flujo genético 24
Red de haplotipos 25
Demografía h istórica 26
Tiempos de divergencia 26
DISCUSIÓN 26
Visión general 26
Monofília de Myadestes rallo ides 27
Barreras biogeográficas en Colombia 28
Comparación con otros estudios 29
Demografía h istórica 32
CONCLUSIONES 32
REFERENCIAS 33
ANEXOS 37
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AGRADECIMIENTO S
Quiero agradecerle inf initamente a Carlos Daniel Cadena, director de esta tesis, por
darme la oportun idad de poder trabajar con él, por todos sus aportes, consejos, apoyo y
dedicación durante el desarrollo de este proyecto. A Elie Poulin de la Universidad de
Chile y a Cristina Yumi Miyaki de la Universidad de Sao Paulo por sus oportunas
sugerencias y recomendaciones. Al in stituto Alexander Von Humboldt (en especial a
Juan Diego Palacio y Socorro Sierra) y al Instituto de Ciencias Naturales de la
Universidad Nacional de Colom bia (en especial a Gary Stiles) por su colaboración en
cuanto a la obtención de las muestras de tejido y de pieles de museo, sin las cuales no
hubiera sido posible la realización de este proyecto. Al Instituto de Genética de
Poblaciones de la Universidad de los Andes por su colaboración. A Melissa Sánchez
por el préstamo de reactivos. A mis compañeros del laboratorio de Biología Evolutiva
de Vertebrados (EVOLVERT), en especial a Eugen io Valderrama y Diana Martínez por
todo su apoyo y finalmente deseo agradecer a mi familia, especialmente a mis padres,
quienes me dieron un apoyo incondicional durante todo el desarrollo de mi tesis.
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RESUMEN
La cordillera de los Andes alberga una gran diversidad de especies de aves, gracias en
parte a sus características geográficas y a eventos históricos que permitieron la
divergencia de las especies. La especie Myadestes ralloides (Passeriformes, Turdidae)
es una ave com ún y ampliamente distribuida a lo largo del complejo Andino. En este
estudio se desea dilucidar las relaciones de M. ralloides con sus parientes
centroamericanos (M. m elanops y M. coloratus) y las relaciones entre poblaciones de
M. ralloides, establecer si factores geográficos como los valles que separan a las
cordilleras en Colombia son barreras importantes para prevenir el f lujo genético entre
poblaciones de distintas cordilleras, y determinar si factores históricos como las
glaciaciones del Pleistoceno afectaron la diversificación de esta especie en respuesta a la
compresión y fragmentación de los cinturones de vegetación andinos. Para responder
estas preguntas usé secuencias del gen mitocondrial ATPasa6&8, con las cuales
reconstruí las relaciones genealógicas entre distintas poblaciones e hice análisis de
genética poblacional. Mis resultados muestran, primero, que la monofília de M.
rallo ides con respecto a sus parientes centroamericanos no está totalmente resuelta.
Segundo, que el valle del Magdalena, las areas circundantes a la región de Iguaque y el
cañón de la Hoz de Minamá parecen ser barreras biogeográficas importantes en cuanto a
la estructuración genética de las poblaciones colombianas. Finalmente, los cambios
climáticos del Pleistoceno no parecen haber afectado la demograf ía h istórica de las
poblaciones colombianas de M. ra lloides, pero la diferenciación de éstas se remonta al.
Pleistoceno..Este estudio demuestra la importancia de la zona andina colombiana en
cuanto a los procesos evo lutivos que prom ueven la diferenciación genética entre
poblaciones y hace un aporte más a los estudios de filogeografía en aves de tierras altas.
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INTRODUCCIÓN
El levantamiento Andino
La cordillera de los Andes se extiende por cerca de 5000 km a lo largo de la parte
occidental de Suramérica, alcanzando una extensión máxima de 700 km a lo ancho en
los Andes centrales de Bolivia (Gregory-Wodzicki 2000). La región central de los
Andes no había alcanzado más de un tercio de su elevación actual de 3700 m hace 20
millones de años, y no más de la mitad de su elevación moderna hace 10.7 millones de
años (Gregory-Wodzicki 2000). En los Andes colombianos, lo s datos paleobotánicos de
la Cordillera Or iental sugieren que desde la mitad del Mioceno hasta el Plioceno
temprano, las elevaciones eran bajas, no mayores del 40% de sus valores act uales, y
que las elevaciones se incrementaron ráp idamente entre dos y cinco millones de años
antes del presente, alcanzando las elevaciones actuales hace aproximadamente 2.7
millones de años (Gregory-Wodzicki 2000).
El levantamiento de los Andes, debido a sus efectos causando eventos de vicarianza y
creando nuevos ambientes para ser colonizados, representa una causa importante de la
diversificación de muchos grupos de organ ismos como anfibios, insectos, aves, reptiles
y plantas (Brumfield & Edwards 2007, Chapman 1917, Dick et al. 2004, Doan 2003,
Muellner et al. 2005, Roberts et al. 2007). Además, la alta diversidad biológica del
norte de los Andes obedece también al surgimiento de una conexión con América del
norte, que permitió el intercambio biótico que enriqueció la biota suramericana con
nuevos taxones, y a la ocurrencia de las f luctuaciones climáticas del Pleistoceno, que
causaron ciclos de contracción y expansión del rango de distribución de las especies y
probablemente resultaron en la fragmentación y en el aislamiento de las poblaciones con
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eventos subsecuentes de radiación y especiación (Johnson et al. 1999, Kattan et al.
2004, Miller et al. 2007, Muellner et al. 2005, Vuilleumier 1969).
Los Andes co lombianos albergan más de 10000 especies de plantas, 1200 especies de
aves, 400 especies de ranas y 270 especies de roedores y murciélagos, representando
aproximadamente el 10% de la biota mundial en algunos taxones (Kattan et al. 2004).
Además de esto, para algunos grupos taxonómicos existe evidencia de variación en la
composición de especies entre distintas subregiones de lo s Andes co lombianos (Kattan
et al. 2004), lo que sugiere que esas regiones podrían haber tenido historias
biogeográficas diferentes, de modo que factores como las glaciaciones y sus efectos
sobre esas regiones podrían haber generado historias distintas de especiación y
extinción. Por lo tanto, es importante estudiar la historia biogeográf ica de las especies
que habitan la región andina, particularmente la colombiana. Sin embargo, hasta la
fecha se han realizado pocos est udios de filogeograf ía en aves de las montañas
neotropicales, pues la mayoría de lo s estudios de este tipo realizados en aves de la
región Neotropical se han enfocado en especies de tierras bajas. Además, ex iste un
vacío de información filogeográfica en particular para las aves montanas de Colom bia,
pese a la complejidad topográfica de la parte norte de Sur América y a la importancia de
las formaciones montañosas andinas del país en cuanto a la diversificación de diferentes
tipos de organismos. Por esta razón, es imprescindible est udiar en detalle la historia
poblacional de aves de tierras altas para entender los patrones de diversificación a una
escala regional (Cadena et al. 2007).
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Importancia de las glaciaciones del Pleistoceno en la diversificación de distintos
grupos de aves
Las glaciaciones que tuvieron lugar en el Pleistoceno indudablemente tuvieron un
efecto importante en muchos grupos de organismos a medida que los rangos de
distribución de las especies cambiaban repetida y frecuentemente en respuesta a las
fluctuaciones climáticas. Sin embargo, todavía no es claro cómo esos cambios
climáticos pudieron haber contribuido a la divergencia poblacional o de especies
(Knowles & Richards 2005). Est udios basados en variación en ADN mitocondrial
(Klicka & Zink 1997) indican que muchas especies de aves norteamericanas t uvieron
su origen durante el terciario (en el Plioceno, hace aproximadamente 2.45 millones de
años), lo que no sería consistente con la hipótesis de diversificación causada por los
cambios climáticos del Pleistoceno. Sin embargo, para algunos de los grupos
norteamericanos las fechas de diversificación parecen ser mucho más recientes,
correspondiendo a un or igen pleistocénico en el Cuaternario ( Johnson & Cicero 2004)
Impacto de las glaciaciones en los Andes colombianos
Las glaciaciones del per iodo cuaternario t uvieron un impacto profundo en la
distribución altitudinal de los cinturones de vegetación de lo s Andes de Colom bia
(Hooghiemstra & Van der Hammen 2004). Durante la parte más fr ía del ultimo glacial
máximo, la elevación de la línea que divide al páramo de los bosques de tierras altas se
encontraba aprox imadamente a 2000 m, mientras que durante los interglaciares esta
línea alcanzaba los 3200–3500 m. Así, la vegetación de páramo se extendía en un área
mucho más amplia durante los glaciares que durante lo s interglaciares, cuando estaba
restringida a pequeñas áreas en las partes más altas de las montañas, como los vemos
hoy en día. Por su parte, los bosques montanos bajos (cinturón subandino)
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experimentaron la mayor compresión con respecto a lo s otros cinturones durante los
períodos frío s del cuaternar io: el rango de distribución altitudinal de este cinturón de
vegetación durante el ultimo glaciar máximo era de 600 m, comparado con los 1300 m
de hoy en día (Hooghiemstra & Van der Hammen 2004). El registro fósil de polen
muestra que las oscilaciones en los patrones de distribución de la vegetación se
repitieron varias veces durante el periodo cuaternario, por lo qué estas pudieron haber
contribuido a la fragmentación de poblaciones y eventualmente a la generación de
nuevas especies de plantas y otros organismos (Hoogh iemstra & Van der Hammen
2004). Sin embargo, lo s estudios sobre taxones montanos de aves y otros organismos
que evalúan el impacto que generaron estos cambios sobre la diversificación de distintas
especies son aún muy escasos.
Diversificación de la especie Myadestes ra lloides
El solitario andino (Myadestes ralloides; Passeriformes, Turdidae) es un ave común en
bosques montanos, que se distribuye desde los 1200 hasta lo s 2700 m de altura en la
región andina de Venezuela, Colombia, Ecuador, Perú y Boliv ia (Ridgely & Tudor,
1989), por lo que representa un buen modelo para estudios sobre la diversificación de
las aves de las montañas neotropicales. Un est udio filogenético y filogeográfico previo
basado en datos de Norte América, América Central y parte de Sur América (Ecuador,
Perú y Boliv ia), ha sugerido que la radiación inicial del género Myadestes ocurr ió cerca
al final del Mioceno, hace 7.5 a 5 millones de años (Miller et al. 2007). Según estos
autores, las temperaturas frías de esa época y el bajo n ivel del mar habrían incrementado
el área de bosques disponible, permitiendo la expansión de rango y la colon ización de
nuevos territorios, como las indias occidentales. Posteriormente, poco después del
origen del istmo de Panamá (hace aprox imadamente 3.4-3.1 m.a.) sucedió una
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separación entre los linajes de América central y los de sur América, dando origen al
clado de Myadestes ralloides. Además, Miller et al. (2007) documentaron una división
filogenética profunda entre poblaciones de M. ralloides ubicadas al norte y al sur del río
Marañón, Perú, que tuvo lugar hace aproximadamente 3 m.a., y otra subdivisión dentro
de cada una de esas regiones (que data de hace aprox imadamente 0.9-0.7 m.a), que
separa como clados independientes en la región del norte a las poblaciones andinas
orientales de las occidentales, y en la región del sur a las poblaciones de los bosques
andinos orientales del Perú y de Bolivia. A pesar de que existe esta información, los
datos de variación genética en M. ralloides en Sur América son escasos y no existe
información para Colombia. Esto podría resultar en un entendimiento incompleto, y
posiblemente sesgado, de la historia de diversificación de M. ralloides debido a la
importancia de las montañas colombianas en la estructuración de las poblaciones debido
a su posición y complejidad geográf ica (Cadena et al. 2007). Por lo tanto, para
determinar si barreras geográficas como las cordilleras han jugado un papel importante
en cuanto a la estructuración genética de las poblaciones de M. ralloides, es
indispensable analizar la variación genética existente en esta especie en diferentes
regiones de Colombia.
Filogeografía
La filogeografía, el estudio de la distribución espacial de linajes de genes, permite hacer
inferencias acerca de lo s procesos históricos, ecológicos y geográf icos que pueden haber
modelado la historia evolutiva y biogeográfica de las poblaciones (Avise 2000). Sin
embargo, la f ilogeografía tradicional se limita a describir patrones de variación genética
en un contexto geográfico y filogenético, y no en probar h ipótesis históricas con un
soporte estadístico r iguroso. El enfoque tradicional basado en la mera descripción de las
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genealogías es limitado debido a que la estocasticidad del proceso de coalescencia o el
efecto de selección pueden hacer que la historia de un gen no refleje la verdadera
historia de las poblaciones, y debido a que hipótesis alternativas pueden ser
indistinguibles debido a la alta varianza en parámetros poblacionales y genealogías que
resulta de dicha estocasticidad (Knowles 2004). Para realizar pruebas de hipótesis de
modo más riguroso, es necesario incorporar la varianza estocástica y especif icar
escenarios h istóricos alternativos en modelos (Knowles 2004). Los métodos de la
filogeografía estadística realizan estas pruebas de hipótesis mediante estadísticos de
resumen o mediante técnicas de máxima verosimilitud y bayesianas que calculan la
probabilidad de los datos dados distintos modelos alternativos (Knowles 2004). Este
nuevo enfoque permite poner a prueba distintas hipótesis acerca de la distribución
geográfica, el or igen histórico y la diversif icación de los linajes.
Coalescencia e historia demográfica de las poblaciones
La coalescencia basicamente consiste en trazar hacia atrás la ancestría de un gen y
construir la genealogía asociada a éste hasta que todas las copias de este gen conver jan a
un ancestro común (Kingman 2000).Varios métodos demográficos basados en la teoría
de coalescencia han sido desarrollados para evaluar el cambio en el tamaño poblacional
a través del tiempo haciendo uso de secuencias de ADN. Entre estos métodos se
encuentra la examinación de la distribución de las diferencias entre pares de secuencias
(“mistmatch distributions”), que han sido ampliamente usadas para tratar de estimar
cambios en los tamaños poblacionales efectivos (Rogers & Harpending 1992). Sin
embargo, este método no incluye un soporte estadístico riguroso ni tiene en cuenta las
relaciones genealógicas de las secuencias, las cuales brindan información acerca de los
eventos. Otros métodos para estimar parámetros demográficos incorporan la estructura
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genealógica de las secuencias de ADN y hacen uso de la teoría de la coalescencia
(Emerson et al. 2001). Entre éstos se encuentran las gráficas de linajes a través del
tiempo (“lineage through time plots”; LTT), que permiten observar la tasa de eventos
coalescentes a través del tiempo y así evaluar hipótesis específicas acerca de la historia
demográfica de una especie (Nee et al. 1995, Pybus et al. 2000). Un método más
reciente con el cual es posible obtener una mejor resolución de lo s eventos
demográficos, es el “skyline plot” clásico, el cual hace una transformación de la tasa de
eventos coalescentes usados en los LTT en unidades de tamaño efectivo poblacional
(Ne) (Pybus et al 2000). Desarro llado aún más recientemente, el skyline plot bayesiano
(Drummond et al. 2005) es un método que estima una función de probabilidad posterior
del tamaño poblacional a través del tiempo. Con base en dicha función, es posible
detectar cambios en los tamaños poblacionales, tales como cuellos de botella o
expansiones poblacionales en diferentes tiempos históricos. Por lo tanto, este es un
método ideal para poner a prueba diferentes h ipótesis relacionadas con la demografía
histórica de las poblaciones, tales como la ex istencia de ciclos de expansión y
contracción poblacional causada por lo s cambios en la distribución de lo s cinturones de
vegetación durante el Pleistoceno en las especies andinas.
Coalescencia y flujo genético
Adicionalmente, la teoría de la coalescencia también ha sido usada para estimar otro
tipo de parametros poblacionales con base en datos moleculares. Por ejemplo, es posible
integrar métodos bayesianos y cadenas de Markov para calcular una distribución
posterior del número de migrantes por generación (flujo genéntico) entre dos
poblaciones (Nielsen & Wakeley 2001). Con este método es posible poner a prueba
hipótesis relacionadas con la estructura genética de las poblaciones y determinar si
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barrearas geográficas al flujo genético como los valles que separan a las cordilleras
ayudan a prevenir la dispersión entre individuos de distintas cordilleras.
OBJETIVO
El objetivo de este proyecto es generar datos moleculares para distintas poblaciones de
Myadestes ralloides de los Andes colombianos y analizarlos junto con información
disponible para otras áreas (Miller et al. 2007) para (1) reconstruir las relaciones
filogenéticas entre poblaciones de distintas regiones, (2) determinar si factores
geográficos como las regiones de tierras bajas que separan las cordilleras representan
restricciones al flujo genético entre poblaciones, o si por el contrario el aislamiento
genético es causado por distancia geográfica entre poblaciones, y (3) evaluar si la
fluctuación en la extensión de los cinturones de vegetación andinos durante el
Pleistoceno afectó lo s tamaños poblacionales de M. rallo ides en Colom bia a través de
su historia.
HIPO TESIS Y PREDICC IONES
La primera hipótesis que evalúo en este estudio es que las tierras bajas que separan las
cordilleras de los Andes colombianos históricamente han impuesto barreras ante el flujo
genético entre poblaciones de especies de zonas montanas como M. rallo ides. Si esta
hipótesis es correcta, (1) las reconstrucciones genealógicas deberían apuntar hacia la
formación de tres grupos recíprocamente monofiléticos que representen a las
poblaciones de las tres cordilleras colombianas (lo que se relacionaría con flujo genético
bajo o inexistente entre poblaciones de distintas cordilleras), y (2) el modo de
aislamiento no debe ser por distancia sino por la ex istencia de barreras, de tal forma que
existiría una baja correlación entre la distancia geográfica y la distancia genética.
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La segunda hipótesis evaluada es que las poblaciones de Myadestes ralloides de los
Andes colom bianos fueron afectadas por la reducción y fragmentación de lo s cinturones
de vegetación andinos durante el Pleistoceno, eventos que produjeron fluctuaciones en
el tamaño poblacional y condujeron a la estructuración genética entre poblaciones. Esta
hipótesis predice que (1) el “skyline plot” Bayesiano deber ía mostrar fluctuaciones en el
tamaño poblacional a través del tiempo, (2) en la red de hap lotipos no deberían existir
una gran cantidad de haplotipos “raros” o en baja frecuencia , ya que bajo lo s cuellos de
botella que habrían sucedido a lo largo de la histora de la especie se espera que éstos
sean eliminados de cada población, y (3) lo s tiempos de divergencia entre grupos de
poblaciones colombianas deber ían concordar con un origen Pleistocén ico sugiriendo
que la fragmentación poblacional contribuyó con la diversificación de esta especie.
METODOLOGÍA
Recolección del material
En total usé 42 muestras de tejido y p ieles de museo para poblaciones colombianas de
M. ralloides prev iamente depositadas en el Banco de Tejidos del Instituto Alexander
Von Humboldt, el Instituto de Ciencias Naturales de la Un iversidad Nacional de
Colom bia y el Banco de Tejidos del Museo de Historia Natural de la Un iversidad de los
Andes. Además, usé 18 secuencias para la dos subunidades (6 & 8) del gen
mitocondrial de ATPasa, depositadas en la base de datos de GENBANK y obtenidas por
Miller et al. (2007) para individuos de M. ra lloides de Ecuador, Perú y Bolivia,
individuos de M. melanops y M. coloratus de Costa Rica y Panamá y de M. townsendi
de Norte América. En la Figura 1 se puede apreciar la distribución geográfica de las
muestras usadas en este estudio ubicadas en Centroamérica, a lo largo de las tres
cordilleras de Colom bia y parte del sur de Suramérica (ver también Tabla 1).
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Extracción y secuenciación de ADN
La extracción de ADN la hice usando el kit y el protocolo de QIAGEN (DNeasy Tissue
Kit). Para la extracción de ADN a partir de las pieles, usé los co jinetes del hálux de los
especímenes, modif icando algunos pasos del protocolo: (1) utilicé una cantidad mayor
de proteinasa K para digerir los tejidos (30 µl), (2) el tiempo de digestión de lo s tejidos
fue más prolongado (casi cinco días), (3) el buffer de elución AE fue precalentado a
70C, y (4) realicé dos eluciones de 30 µl cada una para recuperar más cantidad de ADN
a una mayor concentración.
Después de la extracción, realicé la amplif icación de las dos subun idades (6 & 8) del
gen ATPasa, el cual consta de 842 pares de bases, mediante PCR (reacción en cadena
de la polimerasa) utilizando los primers mencionados en la Tabla 2. Para la reacción en
cadena de la polimerasa, utilicé un termociclador (PTC – 200, MJ Research) con las
siguientes condiciones: denaturación in icial a 94° C por dos minutos seguido por 35
ciclos de denaturación a 94° C por 45 segundos, anillamiento a 52° C por 30 segundos y
extensión a 72° C por 10 minutos. Para cada reacción utilicé 16.5 µl de agua, 2.5 µl de
búfer 10X, 1.5 µl de MgCl2, 1.2 µl de cada pr imer, 0.125 µl de Taq DNA polimerasa
recombinante (Invitrogen), 1 µl de dNTP’s y 1 µl del ADN extraído, para un total de 25
µl por reacción. Los productos del PCR fueron limpiados con enzimas exonucleasas y
fosfatasas para degradar lo s primers residuales y desfosfor ilar los dNTP’s sobrantes.
Finalmente, cada producto de PCR fue secuenciado en ambas direcciones en los
laboratorios de Macrogen Inc. de Seúl (Corea). Las secuencias obtenidas fueron
alineadas y editadas usando el programa SeqMan (DNAstar, Inc).
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Reconstrucciones genealógicas
Para reconstruir las relaciones genealógicas entre las poblaciones de M. ralloides de
Colom bia y establecer su relación con otras poblaciones suramericanas, realicé análisis
filogenéticos de máxima parsimonia y máxima verosimilitud mediante el programa
PAUP 4.0b10 (Swofford, 2002). Con base en los resultados de Miller et al. (2007),
utilicé a la especie Myadestes townsendi como grupo externo, e incluí en los análisis
secuencias de M. melanops y de M. coloratus, las cuales forman el grupo hermano de
M. ralloides. Para ambos análisis utilicé una matriz que contenía únicamente los
haplotipos diferentes (para determinar cuántos hap lotipos únicos había en nuestras
muestras usé el programa DNAsp; Rozas et al. 2003; Tabla 2). Para el análisis de
máxima verosimilitud utilicé el programa MODELTEST V. 3.7 (Posada & Crandall,
1998) con el objetivo de determinar el modelo más probable de evolución de
secuencias de acuerdo al criterio de información de Akaike (AIC). Tanto para el análisis
de parsimonia como para el de verosimilitud, hice una búsqueda heurística en PAUP
con adición simple de secuencias y bisección-reconex ión de árboles (TBR). Para
determinar el soporte de las ramas, realicé un bootstrap de 1000 réplicas para el análisis
de parsimonia y uno de 500 rép licas para el de verosimilitud.
ANÁLISIS POBLACIONALES
Para los análisis poblacionales, me enfoqué en la parte norte de lo s Andes que abarca la
región de Co lombia y el extremo noroeste de Ecuador, región para la cual tenia un
muestreo poblacional representativo.
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Aislamiento por distancia
Para determinar si la diferenciación genética entre las poblaciones podía ser explicada
por aislamiento por distancia, realicé una prueba de Mantel utilizando el programa AIS
(Alleles in Space; Miller 2005). Este programa compara la distancia geográf ica y la
distancia genética (medida como la proporción de diferencias nucleotídicas) entre todas
las combinaciones de pares de m uestras posibles, y determina la signif icancia estadística
de la correlación entre estas dos var iables mediante una prueba de permutaciones.
Estructura genética
Con el objetivo de determinar cuántos grupos maximizaban la varianza (en términos de
diferencias genéticas) entre grupos, establecer los niveles de estructura entre y dentro de
éstos y determinar si la separación de estos grupos coincide con barreras geográficas
como las cordilleras, realicé un análisis espacial y molecular de varianza, mediante el
programa SAMOVA (Dupanloup et al. 2002). Este programa, sin suponer que existe
equilibrio de Hardy-Weinberg o equilibrio de ligamiento entre loci (en el caso de más
de un locus), agrupa a lo s indiv iduos en grupos de poblaciones con la condición de que
éstas deben ser geográf icamente adyacentes y genéticamente homogéneas. El programa
se basa en una técnica de optimización llamada “anillamiento simulado” en la cual
busca para un número variable de grupos (K) la mejor distribución de las poblaciones
dentro de esos K grupos con base en el valor mas alto de Fct (que mide el grado de
diferenciación entre los grupos) calculado mediante un AMOVA. En este caso,
predefiní las poblaciones como grupos de individuos que se ubicaran dentro del mismo
departamento pero dentro de cordilleras diferentes y realicé simulaciones para números
variables de K mayores a uno, con el objetivo de determinar el número de grupos
diferenciados y la distribución de las poblaciones dentro de esos grupos.
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Flujo genético
Para estimar los niveles de flujo genético entre las poblaciones de las cordilleras como
complemento a los resultados obtenidos mediante el análisis de estructura, utilicé el
programa MDIV (Nielsen & Wakeley 2001). Este programa utiliza métodos bayesianos,
de máxima verosimilit ud, coalescentes y cadenas de Markov para determinar la
probabilidad posterior de algunos parámetros como el tiempo de divergencia y número
de migrantes entre dos poblaciones. Debido a que el método emplea información
extraída a partir de múltiples genealogías, es mucho más poderoso que otros métodos
basado en estimativos descr iptivos que no incorporan las relaciones entre alelos, como
los índices de estruct ura Fst. El resultado de este análisis es la distribución de
probabilidad posterior del número de migrantes entre un par de poblaciones (expresado
en unidades de número efectivo de hembras migrantes por generación) dados lo s datos
(las secuencias). Con estos resultados es posible hacerse una idea de qué tan separadas
en términos genéticos están las poblaciones de las distintas cordilleras, teniendo en
cuenta que según Wright (1931) se necesita sólo un migrante por generación para
vencer la deriva genética y homogenizar poblaciones que están en proceso de
diferenciación. Además, este método eventualmente permite distinguir si la ausencia de
monofília recíproca de los haplotipos de dos poblaciones se debe a la retención de
polimorfismos ancestrales o al f lujo genético (Barrowclough et al. 2005). Para las
simulaciones utilicé una cadena de Markov de 5’000.000 de generaciones, de las cuales
elegí las primeras 500000 para que fueran descartadas (burn- in), y seleccioné un valor
máximo para la tasa de migrantes igual a 10. Todas las simulaciones fueron realizadas
tres veces para cada par de comparaciones con base en el modelo de sitio s finitos.
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Red de haplotipos
Construí una red de hap lotipos para las poblaciones colombianas usando el algor itmo
MJ (Median Joining) en el programa NETWORK 4.2.0.1. (Fluxus techno logy LTD)
para establecer visualmente el número de mutaciones que diferencian a lo s haplotipos
de distintas localidades, así como su frecuencia y su relación con haplotipos de distintas
regiones geográficas. Además, este análisis me permitó hacer inferencias acerca de la
dinámica poblacional con base a la cantidad de haplotipos en baja frecuencia presentes
en las poblaciones. Tras una expansión poblacional se esperaría que las redes tuv ieran
forma de estrella, con hap lotipos de menor frecuencia desprendiéndose de los más
frecuentes, mientras que tras un cuello de botella se esperaría que la presencia de estos
haplotipos en baja frecuencia fuera escasa (Moritz 1995).
Demografía histórica
Con el objetivo de determinar si lo s cambios climáticos del Pleistoceno condujeron a
cambios en el tamaño de las poblaciones colom bianas de M. ralloides como una posible
consecuencia de la expansión y contracción de sus hábitats, utilicé el programa BEAST
V1.46 (Drummond & Rambaut 2007) para estimar una distribución posterior del
tamaño poblacional a través del tiempo (Drummond et al. 2005). Este programa estima
dicha distribución con base en una metodología coalescente y bayesiana, sin depender
de un modelo paramétrico de historia demográfica previamente especificado. Este
análisis lo realicé únicamente para grupos dentro de lo s cuales no existía estructura
genética y en donde hubiera un número suf iciente de secuencias que permitiera realizar
las simulaciones coalescentes. Las simulaciones só lo se pudieron hacer para las
poblaciones de la cordillera Oriental y el grupo que contiene a las poblaciones de la
cordillera Occidental y Central (que no se encuentran estructuradas, ver Resultados). El
20
grupo que contiene a las poblaciones de la parte noroeste de Ecuador (Esmeraldas y
Pichincha) y Barbacoas (Nariño) no se pudo considerar para este análisis puesto que
entre los ocho individuos de este grupo sólo hay dos haplotipos diferentes, lo cual
implica que sólo existe un evento de coalescencia posible. Antes de realizar los análisis,
usé MODELTEST V. 3.7 7 (Posada & Crandall, 1998) para determinar cuál era el
modelo de substitución más probable para las secuencias de cada grupo, y luego corrí el
modelo coalescente bajo este modelo de substitución. Para lo s análisis, elegí una
distribución a prior i del tamaño poblacional bajo el modelo de crecimiento constante
como punto de partida para calcular la distribución posterior del tamaño poblacional
usando una cadena de Markov con 50´000.000 de iteraciones m uestreando las
genealogías y los parámetros del modelo cada 1000 iteraciones y descartando
5´000.000 de iteraciones (burn-in). Después de correr los análisis, visualicé la
distribución posterior del tamaño poblacional efectivo usando el programa TRACER
V1.4 (Rambaut & Drummond 2007).
Tiempos de d ivergencia
Con el objetivo de determinar si la separación entre poblaciones colombianas de M.
rallo ides que se encuentran genéticamente diferenciadas se remonta al Pleistoceno,
calculé la distancia p no corregida entre los individuos de dichas poblaciones usando el
programa MEGA (Kumar et al. 2004). Hecho esto, convertí las distancias genéticas a
tiempos de divergencia aproximados entre las poblaciones usando un reloj molecular de
2% de divergencia por millón de años (Lovette 2004)..
21
RESULTADOS
ANALISIS FILOGENÉTICOS
Parsimonia
La búsqueda heurística arrojó 266 árboles más parsimoniosos, con una longitud de 240
pasos (En la f igura 2 se muestra uno de ellos y en la figura 3 el consenso estricto). La
div isión más profunda ubica a M. ralloides como grupo monofilético con respecto a las
especies centroamericanas M. melanops y M. coloratus, pero el soporte para la
monofília de M. rallo ides con respecto a estos taxones es bajo (65%). Dentro del clado
que agrupa a todos los individuos de M. ralloides existe una división en dos grandes
grupos: el primero contiene a lo s indiv iduos de poblaciones que se encuentran al norte
del río Marañón (Colombia, Ecuador y Perú al norte de esta zona) y el segundo contiene
a los indiv iduos de poblaciones de Bolivia y del Perú localizadas al sur del r ío Marañón.
Cada una de estas agrupaciones tiene soportes altos (mas del 80%), lo que corrobora los
resultados obtenidos por Miller et al. (2007) con un muestreo limitado para la parte
norte. Dentro del clado que agrupa a las poblaciones localizadas al norte del río
Marañón, se forman cuatro grupos monofiléticos bien definidos con valores de soporte
mayores al 98%. El primer grupo corresponde a las muestras de Ecuador y a la muestra
de Nar iño (Municip io de Barbacoas, parte occidental), el segundo a las muestras de la
cordillera Or iental de Colombia ( sin incluir a las muestras del Santuar io de Iguaque,
Boyacá) y de la parte oriental de Ecuador (Zamora-Chinchipe) y Perú (Cajamarca), el
tercero a las muestras de la cordillera Occidental y Central de Colombia y el cuarto
grupo a las dos muestras de la región del Santuario de Fauna y Flora de Iguaque,
Departamento de Boyacá (ver Figura 1). En general, estos clados corresponden a
22
regiones geográficas amplias bien def inidas con excepción del linaje formado por los
individuos de Iguaque, que a pesar de su posición geográfica no está estrechamente
emparentado con individuos del resto de la cordillera oriental. Las relaciones entre los
cuatro grupos del norte de los Andes no están bien establecidas (no aparecen resueltas
en el consenso estricto y tienen bajos valores de bootstrap), por lo cual no se pueden
sacar conclusiones defin itivas acerca de las relaciones entre estos cuatro grupos.
Máxima verosimilitud
El mejor modelo de substitución elegido por MODELTEST V. 3.7 (Posada & Crandall,
1998) según el criterio AIC fue el modelo transicional con sitios invar iantes (TIM+I).
Como resultado de lo s análisis filogenéticos basados en este modelo, obt uve tres árboles
mas verosímiles (ln probabilidad = 2381.48430), de lo s cuales muestro uno en la Figura
5. A diferencia del análisis de máxima parsimonia, la pr imera división separa al grupo
de M. ralloides ubicado al sur del río Marañon de un grupo que contiene a las
poblaciones centroamericanas (M. melanops y M. coloratus) y a las poblaciones de M.
rallo ides ubicadas al norte del r ío Marañon (cada uno de estos clados tiene un soporte
de bootstrap mayor al 85%), lo que sugiere que M. ralloides no es un grupo
monofilético. Sin em bargo, el nodo que agrupa a M. coloratus y M. m elanops con las
poblaciones norteñas de M. ralloides no tiene un buen soporte (52%). Dentro del clado
que agrupa a los individuos de M. rallo ides ubicados al norte del río Marañón se forman
las mismas cuatro agrupaciones bien apoyadas (bootstrap mayor al 93%) obtenidas en el
análisis de máxima parsimonia, y nuevamente, las relaciones entre estos clados no están
claramente resueltas.
23
ANÁLISIS POBLACIONALES
Modelo de aislamiento
Según la prueba de Mantel, la correlación entre la distancia genética y la distancia
geográfica no es alta (r2 = 0.0021, r = 0.0459) y no es significativa, pues la probabilidad
de obtener por azar una correlación mayor o igual a la observada es de 0.091. De
hecho, tanto a distancias geográf icas cortas como a distancias geográficas grandes
existen diferencias genéticas tanto bajas como altas entre poblaciones (Figura 6). Esto
sugiere que el patrón de variación genética no puede ser explicado por un modelo de
aislamiento por distancia. En cambio, la diferenciación genética podría obedecer a un
modelo de aislamiento dado por barreras independiente de la distancia entre
poblaciones.
Estructura genética
El número de agrupaciones que mejor representa grupos diferenciados para los datos de
Colom bia y el extremo noroeste de Ecuador de acuerdo al programa SAMOVA es de
cuatro. Aunque a medida que se incrementa el número de grupos la var ianza entre
grupos aumenta y la varianza dentro de grupos disminuye, la varianza entre grupos
aumenta de forma rápida sólo hasta cuando se hacen las simulaciones para cuatro
agrupaciones (Figura 7). A partir de un número mayor a cuatro agrupaciones, la
varianza entre grupos aumenta de forma mucho más lenta, lo que sugiere que estas otras
agrupaciones adicionales no son representativas de conjuntos realmente estructurados.
De acuerdo a este análisis, las cuatro agrupaciones genéticas son: (1) poblaciones de la
cordillera Central y Occidental, (2) poblaciones de la cordillera Oriental ( sin incluir a
los dos indiv iduos del Santuario de Iguaque, Boyacá), (3) poblaciones de la parte
24
occidental de Ecuador y Nariño (M unicipio de Barbacoas) y (4) los dos individuos de
Iguaque.
Las diferencias entre grupos explican la mayor cantidad de la var iación genética
(87.6%), mientras que las diferencias dentro de los grupos y dentro de las poblaciones
explican una cantidad menor de la variación (6.0% y 6.4%, respectivamente; Tabla 3).
Sin embargo, existe estructura genética sign ificativa en los tres niveles jerárquicos:
entre las poblaciones (Fst = 0.93, P<0.001 ), entre las poblaciones dentro de lo s grupos
(Fsc = 0.48, P <0.001 ) y entre lo s grupos (Fct = 0.87, P<0.001).
Flujo genético
El análisis de flujo reveló que el único caso en el cual existe flujo genético es entre las
poblaciones de la cordillera Occidental y Central. El valor más probable de flujo
genético entre estas cordilleras (número efectivo de hembras migrantes por generación)
fue de aprox imadamente dos individuos por generación (Figura 9). Esto concuerda con
la presencia de haplotipos provenientes de estas dos cordilleras en un mismo clado con
poca diferenciación en los análisis filogenéticos. Para las otras cinco comparaciones
realizadas, la probabilidad posterior del número de migrantes se maximiza en un
número de cero migrantes por generación (Fig. 10 – 14), resaltando la falta de
homogeneidad genética entre las poblaciones separadas por el valle del Magdalena, la
población de Iguaque y la población que agrupa a los individuos de la parte noroeste de
Ecuador y el individuo de Nariño. El hecho de incluir o excluir a la población de
Iguaque dentro de la población que agrupa a lo s individuos de la cordillera Oriental, no
afectó los resultados.
25
Red de haplotipos
Las agrupaciones genéticas identificadas mediante el análisis de var ianza molecular
espacial (SAMOVA), al igual que en los árboles f ilogenéticos, se ven ref lejadas en la
red de haplotipos (Figura 8). Esta red m uestra que existen hap lotipos compartidos entre
la cordillera Central y la Occidental. Por ejemplo, el haplotipo 13 es compartido por
cinco individuos de la cordillera Central (Antioquia) y uno de la cordillera Occidental
(Risaralda), lo cual concuerda con el hecho de que las poblaciones de estas dos
cordilleras no están aisladas. La red de haplotipos muestra también que el haplotipo del
municipio de Barbacoas (parte occidental de Nariño) es el mismo que los observados en
la población de Esmeraldas (Ecuador), sugir iendo la falta de estructura en las
poblaciones de la parte suroeste de Colombia y del noroeste de Ecuador.
La red de hap lotipos muestra que el grupo que contiene a las poblaciones del occidente
de Nariño (Barbacoas) y el noroeste de Ecuador está separado por siete mutaciones del
centro de la red. A su vez, el grupo que contiene a las poblaciones de la cordillera
Occidental y Central está separado del centro de la red por 12 mutaciones, el grupo de la
cordillera Oriental por nueve y el grupo de Iguaque por 14 (Figura 8).
Contrario a lo esperado de acuerdo a la hipótesis de un impacto de las fluctuaciones
climáticas sobre el tamaño poblacional, la red de haplotipos presenta un patrón que
apoyaría un comportamiento de expansión poblacional en dos grandes grupos: el que
contiene a lo s individuos de la cordillera Oriental ( sin incluir a los individuos del
Santuario de Iguaque) y el que contiene a los individuos de la cordillera Occidental y
Central. En ambos casos, a partir de lo s hap lotipos más frecuentes se desprenden en
forma de estrella lo s haplotipos “raros” que se encuentran en menor frecuencia. Esta
26
situación es la esperada bajo un modelo de crecimiento poblacional, diferente a la
situación esperada bajo un cuello de botella, en donde los haplotipos raros son
eliminados de las poblaciones.
Demografía hisltórica
El análisis de “skyline plot” Bayesiano realizado en BEAST muestra una tendencia a un
aumento en el tamaño efectivo de la población de la Cordillera Or iental en un tiempo
reciente (Figura 15). Por su parte, para el grupo de las cordilleras Occidental y Central
se ve un aumento leve en el tamaño poblacional a través del tiempo (Figura 16). Sin
embargo, lo s intervalos de confianza Bayesianos del 95% de ambas trayectorias
poblacionales son tan amplios que es dif ícil aseverar que las poblaciones han
incrementado en el tiempo. Sin em bargo, el patrón suger ido por los gráficos concuerda
con lo sugerido por la red de hap lotipos en cuanto a la tendencia a un aumento histórico
en el tamaño poblacional en estos dos grandes grupos.
Tiempos de d ivergencia
Los tiempos de divergencia entre lo s cuatro grupos co lombianos parecen datar de
periodos de hace menos de 1.8 millones de años de acuerdo a la divergencia en
secuencias (Tabla 4). Esto sugeriría un origen Pleistocénico de estas poblaciones.
DISCUSION
Visión General
Mis reconstrucciones genealógicas no apoyan fuertemente la monofília de M. ra lloides
con respecto a sus parientes centroamericanos (M. melanops y M. coloratus), y el
27
análisis de máxima verosimilitud sugiere que es posible que la especie no sea
monofilética con respecto a estos dos taxones. Para determinar con certeza si en realidad
M. rallo ides es un grupo monofilético es necesario realizar est udios adicionales con
secuencias de más genes.
Mis resultados filogeográficos demuestran claramente la existencia de distintos grupos
genéticamente diferenciados dentro de M. ralloides, y el modelo de aislamiento de las
poblaciones no parece obedecer al aislamiento por distancia. En cam bio, lo s diferentes
tipos de análisis filogenéticos y poblacionales apuntan a que barreras geográficas al
flujo genético parecen afectar de forma más importante la diferenciación genética de las
poblaciones. Adicionalmente, la reducción en los cint urones de vegetación andinos
durante el Pleistoceno parecen no haber afectado el tamaño de las poblaciones en
Colom bia de modo significativo. Sin embargo, el tiempo de divergencia de estas
poblaciones parece remontarse a ese período, por lo que no se descarta el efecto de las
fluctuaciones en el clima sobre la diversificación en esta especie.
Monofilia de Myadestes ralloides
A diferencia de lo documentado en el estudio de Miller et al. (2007), la posición
filogenética de M. ralloides con respecto a M. m elanops y M. coloratus no está bien
resuelta en ninguna de las reconstrucciones genealógicas. Por un lado, el análisis de
máxima verosimilitud no resuelve a M. ra lloides como grupo monofilético con respecto
a las otras dos especies, mientras que el análisis de máxima parsimonia sí apoya la
monofília de la especie. Sin embargo, ninguno de estos resultados presenta un soporte
bueno de las relaciones de M. rallo ides con sus parientes centroamericanos. Quizás la
falta de un buen soporte para la monofília de M. ralloides se deba a que la divergencia
28
entre esta especie y sus parientes centroamericanos haya sido rápida, por lo que el ADN
mitocondrial podr ía no haberse diferenciado lo suf iciente para resolver claramente las
relaciones entre estos grupos. Además, hay que tener en cuenta que cada gen puede
mostrar historias diferentes, las cuales no necesariamente concuerdan con la
divergencia de las especies (Carling & Brumfield 2008), por lo que sería importante
realizar análisis basados en varios loci para determinar si en realidad este grupo no es
monofilético. Adicionalmente, cabe la posibilidad de que en realidad M. rallo ides no
sea monofilética con respecto a M. melanops y M. coloratus. De hecho, a pesar de que
estas tres especies presentan ciertas diferencias en p lumaje, éstas tienen cantos muy
similares y hay autores que han sugerido que podrían tratarse como coespecíficas
(Collar 2005).
Barreras biogeográficas en Colombia
Los resultados indican que en Co lombia parecen existir tres barreras importantes que
separan genéticamente a las poblaciones de M. ralloides. Primero, el valle del
Magdalena parece ser una barrera biogeográfica importante que separa a las poblaciones
de la cordillera Oriental de las poblaciones de la cordillera Occidental y Central. La
segunda barrera al flujo genético corresponde a las áreas que circundan a la población
del Santuario de Iguaque, la cual se encuentra separada genéticamente del resto de
poblaciones de la cordillera Oriental a pesar de su proximidad geográfica. El área de
Iguaque es semiárida en la parte sureste (Fandiño 1996), por lo que es posible que su
aislamiento se deba a una barrera climática. La tercera restricción al flujo genético
separa a las poblaciones de la parte norte de la cordillera Occidental de las del extremo
sur de esta Cordillera en Co lombia y el noroeste de Ecuador. Es posible que el flujo
genético sea restringido en esta región como consecuencia del efecto de barrera que
29
podría imponer el valle del r ío Patía, específicamente el cañón de la Hoz de Minamá. En
contraste, el valle del Cauca no parece representar una barrera biogeográfica importante
para la separación de las poblaciones de la cordillera Central y Occidental, lo que podría
deberse a que éste es un valle m ucho menos profundo y ancho que el del Magdalena.
Comparación con o tros estudios
Aunque los estudios de filogeografía de aves de lo s Andes tropicales son escasos,
algunos de mis resultados concuerdan con patrones de diferenciación poblacional
documentados para otras especies. Por ejemplo, al igual que en M. ralloides, se ha
reportado que los niveles de flujo genético entre las poblaciones de Arremon
brunneinucha y Premnoplex brunnescens de la cordillera Oriental y las poblaciones de
las otras dos cordilleras es restringido, mientras que el flujo entre las cordilleras Central
y Occidental es alto (Cadena et al. 2007, Valderrama 2008). Esto resalta la importancia
del Valle del Magdalena como una barrera biogeográfica importante para la separación
de poblaciones de aves de tierras altas.
Otro de lo s resultados principales de mi estudio que puede compararse con hallazgos en
otras aves es el aislamiento genético de la población de M. ralloides del Santuar io de
Iguaque del resto de los indiv iduos de la cordillera Oriental y del resto de las demás
poblaciones colombianas. En la especie Grallaria rufula se presenta un patrón similar
(C. D. Cadena, com. pers.), en el que las poblaciones de Iguaque se encuentran aisladas
del resto de la cordillera Oriental. Sin embargo, a diferencia de M. rallo ides, las
poblaciones de G. rufula de la región de Iguaque se encuentran cercanamente
emparentadas con poblaciones de la cordillera Central, de las cuales parecen haberse
separado hace poco. En contraste, en aves de los géneros Arremon y Premnoplex, las
30
poblaciones de Iguaque no parecen estar genéticamente diferenciadas de las del resto de
la cordillera (Cadena et al. 2007, Valderrama 2008). Sería conveniente realizar estudios
comparativos in lcuyendo otras aves que habitan el Santuario de Iguaque para
determinar la importancia de las áreas que circundan a este lugar como barrera
biogeográfica y de éste como un posible refugio pleistocénico.
La aparente separación de las poblaciones de la Cordillera Occidental en grupos al norte
y sur del Valle del Patía (que sería necesario confirmar con un m uestreo más denso que
incluya poblaciones cercanas a ambos lados del valle) concuerda con la importancia de
esta área como una barrera biogeográf ica importante para aves de tierras altas
(Vuilleumier & Monasterio, 1986). Sin embargo, este es el primer estudio que
documenta un aparente efecto de esta área sobre patrones de diferenciación
intraespecífica con base en datos genéticos, aunque existen ejemplos basados en
diferenciación morfológica (ej. el reemplazo de Boissonneaua flavescens flavescens por
B. f. Ricnoch lora; Schuchmann et al. 2001). Se requiere de más est udios moleculares a
lo largo de esta zona para determinar la importancia de esta barrera geográfica en cuanto
al aislamiento de aves de tierras altas.
Mis resultados corroboran los resultados obtenidos por Miller et al. (2007), quienes
reportaron a la depresión del norte del Perú (por donde pasa el río Marañón) como una
barrera biogeográfica importante que separa a las poblaciones de M. ralloides ubicadas
al norte y al sur de ésta. De acuerdo a Hendrickson et al. (2003) las frecuencias alélicas
al norte y al sur de la depresión del norte del Perú parecen ser significativamente
diferentes en el condor andino (Vultur gryphus), e incluso existen algunos alelos únicos
al norte y al sur de esta barrera. Adicionalmente, esta área parece ser importante para la
31
diferenciación de muchas otras aves de tierras altas, en las que se encuentran
aloespecies separadas por esta barrera (Parker et a l. 1985). En contraste, para otras
especies como Premnoplex brunnescens la depresión del norte del Perú no parece
estructurar genéticamente a los grupos ubicados al norte y al sur de ésta (Valderrama
2008).
Las poblaciones ubicadas al norte del río Marañon en la parte oriental de Ecuador
(Zamora) y Perú (Cajamarca) se ubican dentro del grupo que contiene a las poblaciones
orientales de Colombia (excepto las de Iguaque). Esto estaría representando una alta
homogeneidad genética de la parte Oriental de la cordillera hasta el punto en donde
comienza la depresión del norte del Perú. La conexión entre poblaciones de la
Cordillera Or iental colombiana con la vertiente oriental de los Andes ecuatorianos y
peruanos concuerda con la estructura poblacional de la especie Arremon brunneinucha
pero en ésta no parece existir una div isión genética relacionada con el valle del río
Marañón (Cadena et al. 2007).
Finalmente, al igual que otras especies de tierras altas neotropicales como Arremon
brunneinucha (Cadena et al. 2007) y Chlorospingus ophthalm ichus (Weir et al. en
imprenta), Myadestes ra lloides parece tener un origen norteamericano (ver Miller et al.
2007). Sin embargo, otras aves de zonas montanas de la región para las que existen
estudios f ilogeográf icos (ej. Premnoplex brunnescens, Valderrama 2008) parecen tener
un or igen suramericano. Esto implica que a pesar de que en Co lombia ex isten ciertos
patrones com unes para distintos grupos de tierras altas también hay diferencias que
pueden estar relacionadas con diferentes historias de colonización y diversificación de
las especies de aves montanas.
32
Demografía histórica
De forma contraria a lo esperado de acuerdo a la h ipótesis de f luctuaciones
poblacionales causadas por los cam bios climáticos del Pleistoceno, los análisis
demográficos indican que hay ev idencia a favor de incrementos en el tamaño de
poblaciones colombianas de M. ra lloides a través del tiempo. Al parecer, las
poblaciones de las cordilleras de Colom bia no han sufrido cuellos de botella sino que se
han expandido recientemente, lo cual no apoya la h ipótesis de contracción poblacional a
causa de la reducción en área de lo s cinturones de vegetación andinos durante el periodo
Cuaternar io. Sin embargo, hay que tener en cuenta que los intervalos de conf ianza del
95% para la distribución posterior del tamaño poblacional efectivo son bastante
amplios y básicamente cualquier patrón demográfico podría explicar los datos. Es
posible que análisis basados en más loci revelen patrones con intervalos de confianza
más estrechos. A pesar de este amplio intervalo de conf ianza, la red de haplotipos es
consistente con la hipótesis de un crecimiento poblacional reciente, pues muestra cierta
forma de estrella que apoyaría eventos de expansión, en donde los haplotipos en baja
frecuencia que se desprenden de lo s hap lotipos que están presentes en mayor frecuencia
no son eliminados como ocurriría bajo un cuello de botella. Si este es el caso,
podríamos decir que la contracción de los cinturones de vegetación, probablemente no
afectó lo s tamaños de estas poblaciones. Sin em bargo, el origen de las poblaciones
como grupos diferenciados data del Pleistoceno, por lo que no es posible descartar un
efecto de las fluctuaciones en clima causando eventos de diferenciación poblacional.
CONCLUSIONES De este estudio se pueden destacar varios aspectos importantes, (1) la posibilidad de que
M. ralloides no sea una especie monofilética con respecto a sus parientes
centroaméricanos, (2) la importancia de las carácteristicas topográf icas en Colom bia
33
para promover la diferenciación genética y la diversificación de M. ra lloides, en
especial el valle del Magadalena, el valle del Patía y las áreas circundantes a la región
de Iguaque, y (3) que a pesar de que no hay evidencia de cuellos de botella generados
por la reducción en los cinturones de vegetación, la diversificación de M. ralloides se
remonta al Pleistoceno.
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-Ridgely & Tudor 1989. The birds of South America V.1. Austin University of Texas press. -Roberts J.L., Brown J.L., Schulte R. Arizabal W., Summers K. 2007. Rapid diversification of colouration among populations of a poison frog isolated on sky peninsulas in the central cordilleras of Peru. Journal of Biogeography 34 : 417-426. -Rogers A. & Harpending H. 1992. Population Growth Makes Waves in the Distribution of Pairwise Genetic Differences. Mol. Biol. Evol. 9 (3): 552 -569. -Rozas J., Sánchez J.C., Messeguer X., Rozas R. 2003. DnaSP, DNA po lymorphism analyses by the coalescent and other methods. Bio informatics 19: 2496-2497.
-Schneider S., Excoffier L. 1999. Estimation of Past Demographic Parameters From the Distribution of Pairwise Differences When the Mutation Rates Vary Among Sites: App lication to Human Mitochondrial DNA. Genetics. 152: 1079 – 1089.
-Schuchmann K., Weller K., Heynen I. 2001. Biogeography an geographic variation of the andean hummingbird taxon Bo issonneaua reichenbach, 1854 (Aves, Trochillidae). Orn itología Neotropical. 12 (2):93-108. -Swofford, D.L 2002. PAUP* Version 4.0b10: Phylogenetic Analysis using Parsimony (and other methods) Sinauer Associates, Sunderland, Massachusetts.
-Takeo M. 1977. Stochastics problems in population genetics. Lecture notes in biomathematics. 17. Ber lín: Springer – Verlag.
-Valderrama E. 2008. Filogeografía de Premnoplex brunnescens (Aves, Furnariidae), una especie neotropical de tierras altas. Tesis. Facultad de Ciencias. Departamento de Ciencias Biológicas. Universidad de los Andes. -Vuilleumier F., Monasterio M . 1986. High Altitude Tropical Biogeography. Oxford University Press. Oxford. UK. pp. 387-403.
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-Wright S. 1931. Evolution in Mendelian populations. Genetics. 16: 97-159.
37
ANEXOS
Figuras
Figura 1. Distribución geográf ica en Centro y Sur América de las muestras de Myadestes ra lloides, M. melanops y M. coloratus incluidas en análisis
filogeográf icos y de genética poblacional en este estudio .
Iguaque
Valle del Patía
38
Figura 2. Árbo l con longitud de ramas representando uno de los árboles más parsimoniosos. Al lado de los nodos se indican los valores de bootstrap mayores al
50% . CI =0.65, HI = 0.34, RI = 0.68. Longitud = 240 pasos.
39
Figura 3. Consenso estricto de 266 árboles más parsimoniosos. Al lado de los nodos se indican los valores de bootstrap mayores al 50%. CI = 0.6, HI = 0.4, RI = 0.6175,
Longitud = 256 pasos.
40
Figura 4. Consenso realizado mediante la regla de la mayoría para lo s 266 árbo les más
parsimoniosos. Al lado de los nodos se indican los valores de bootstrap mayores al 50%. CI = 0.65, HI = 0.34, RI = 0.68, Longitud = 240 pasos
41
Figura 5. Filograma representando uno de lo s tres árboles más verosímiles. Al lado de los nodos se muestran lo s valores de bootstrap mayores al 50%. Longitud total =
0.37547, Ln (probabilidad) = 2381.4843
42
Distancia genética Vs. Distancia Geográfica
R2 = 0.0021
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
0.035
0.04
0.045
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Distancia geográfica
Distancia genética
Figura 6. Correlación entre la distancia genética y la distancia geográfica. La correlación baja y no significativa entre estas dos variables, indica que las barreras geográficas, y no la distancia, pueden estar jugando un papel importante en el
aislamiento genético de las poblaciones.
# Agrupaciones Vs Varianza entre grupos
60
70
80
90
100
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Varianza entre grupos
# de Agrupaciones
Figura 7. Comportamiento de la var ianza genética observada entre grupos con respecto al número de agrupaciones en el análisis SAMOVA. Un número de cuatro agrupaciones
representa el mejor número de poblaciones estructuradas para Co lombia.
43
Figura 8. Red de haplotipos mostrando las relaciones entre haplotipos representantes de los cuatro grupos poblacionales de Colombia (Codillera Oriental, Occidental – Central, Noroeste de Ecuador – Nariño, e Iguaque). Los puntos rojos representan haplotipos
posiblemente no muestreados o extintos.
Cordillera Occidental Vs. Cor. Central
0
0.0005
0.001
0.0015
0.002
0.0025
0.003
0.0035
0 2 4 6 8 10 12
M (Número efectivo de hembras migrantes por
generación)
Probabilidad posterior
Figura 9. Valores más probables de flujo genético entre las poblaciones de la Cordillera Occidental y Central estimados usando el programa MDIV.
44
Cordillera Oriental Vs. Occidental
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0 0.5 1 1.5 2
M (Número efectivo de hembras migrantes
por generación)
Probabilidad posterior
Sin Iguaque
Con Iguaque
Figura 10. Valores mas probables de f lujo genético entre las poblaciones de la Cordillera Oriental y Occidental estimados usando el programa MDIV.
Cordillera Oriental Vs. Cor Central
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0 0.5 1 1.5 2
M (Número efectivo de hembras m igrantes
por generación)
probabilidad posterior
Sin Iguaque
Con Iguaque
Figura 11. Valores mas probables de f lujo genético entre las poblaciones de la Cordillera Or iental y Central estimados usando el programa MDIV.
Cordillera Oriental Vs. Ecuador-Nariño
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0 1 2 3 4
M (Número efectivo de hembras migrantes
por generación)
Probabilidad posterior
Con Iguaque
Sin Iguaque
Figura 12. Valores mas probables de f lujo genético entre las poblaciones de la Cordillera Oriental y Ecuador- Nariño (región occidental) estimados usando el
programa MDIV.
45
Cordillera Occidental Vs. Ecuador-Nariño
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0 0.5 1 1.5 2
M (Número efectivo de hembras migrantes por
generación)
Probabilidad posterior
Figura 13. Valores mas probables de f lujo genético entre las poblaciones de la Cordillera Occidental y Ecuador- Nariño (región occidental) estimados usando el
programa MDIV.
Cordillera Central Vs. Ecuador-Nariño
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0 0.5 1 1.5 2
M (Número efectivo de hembras migrantes por generación)
Probabilidad posterior
Figura 14. Valores mas probables de f lujo genético entre las poblaciones de la Cordillera Central y Ecuador- Nariño (región occidental) estimados usando el programa
MDIV.
46
Figura 15. Cambio en el tamaño poblacional efectivo a través del tiempo para el grupo de la Cordillera Or iental, con el área sombreada representado el intervalo de confianza
del 95%.
Figura 16. Cambio en el tamaño poblacional efectivo a través del tiempo para el grupo que contiene a las poblaciones de la Cordillera Occidental y Central, con el área
sombreada representado el intervalo de conf ianza del 95%.
47
Tablas
Tab
la 1
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s externos in
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s distintos haplotipos son los mismos que aparecen
en los árbo
les filogenéticos (Figu
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Codigo Instituto Humboldt
Pais
Departamento
Municipio/Vereda/Localidad/Sitio
Latitud Longitud
Haplotipo
/ UNAL /Colector/GENEBANK
/Provincia
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M. townsendi
Tabl
a 2.
Prim
ers usad
os para la amplificación
del gen de ATPasa (sub
unidades 6 y 8).
Pri
mer
Fue
nte
Secu
enci
a
COIIGQL
http://striw
eb.si.edu
/bermingh
am/
GGACAATG
CTC
AGAAATC
TGCGG
COIIIH
MH
http://striw
eb.si.edu
/bermingh
am/
CATG
GGCTG
GGGTC
RACTA
TGTG
Ta
bla
3. Porcentaje de la
varianza ge
nética que es e
xplicado
por la
s diferencias en
tre grup
os, e
ntre poblac
iones dentro de grupos y
den
tro de
las po
blacione
s. La va
rian
za entre grupo
s explica la m
ayor cantidad de la
s diferenc
ias gené
ticas.
FUENTE DE VARIACION
G.L
COMPONENTES DE
VARIANZA
PORCENTAJE DE
VARIACION
Entre grupos
3
10.1
0631
87.5
8
Entre poblaciones dentro de grupos
14
0.6
96
87
6.0
4
Dentro de las poblaciones
29
0.7
36
62
6.3
8
TOTAL
46
11.5
398
10
0
50
Tab
la 4
. Tiempo
s de divergencia po
blacional en m
illon
es de años entre la
s cuatro pob
lacion
es colombian
as gen
éticam
ente estructuradas. L
os
tiem
pos se obtuv
ieron a partir d
e la distanc
ia p n
o corregida y un reloj m
olec
ular de 2%
de diferenc
ias po
r millon
de años.
C. O
riental
C. Occ
idental y
Central
Nariño y Ecuad
or
C. O
riental
C.Occiden
tal y
Central
1.47
5
Nariño y Ecuad
or
1.51
1.52
Iguaqu
e 1.2
1.21
1.23