PID2021-123298NB-I00 - Cerrando la brecha entre demografia y di

Nuestro conocimiento sobre los mecanismos que dan lugar a la formación y persistencia de linajes evolutivamente independientes (i.e., especies) es aún extraordinariamente limitado. Esto se puede explicar en parte por la escasa integración de los procesos microevolutivos en las inferencias macroevolutivas, lo que muy posiblemente ha dificultado la identificación de aquellos fenómenos ecológicos y evolutivos que operan conjuntamente para moldear los patrones actuales de diversidad biológica. Abordar estas lagunas de conocimiento pasa por integrar estimas precisas de procesos demográficos y evolutivos que operan a una escala microevolutiva en el análisis de los patrones macroevolutivos. El progresivo incremento de nuestra capacidad para generar datos genómicos y el continuo desarrollo de nuevas herramientas analíticas nos permite actualmente inferir parámetros demográficos y evolutivos a una resolución sin precedentes. Como resultado, ahora podemos estimar con alto grado de precisión parámetros relativos a las fluctuaciones demográficas, el flujo genético entre poblaciones y la hibridación entre especies. Aunque todos estos fenómenos se encuentran asociados a la probabilidad de formación de especies y la persistencia de los linajes, la evaluación formal de su impacto en las tasas de especiación ha sido muy limitada. El objetivo de DEMODIV es dilucidar los procesos microevolutivos que subyacen a las tasas de formación de especies, con un énfasis particular en el estudio de los controles demográficos. Utilizando como sistema de estudio una radiación de saltamontes, la hipótesis central de este proyecto es que las tasas de especiación son explicadas por las dinámicas poblacionales y de hibridación experimentadas por los taxones, dos procesos microevolutivos íntimamente ligados a los cuatro principales controles del proceso de especiación: aislamiento poblacional, persistencia de las poblaciones, evolución de barreras reproductivas y novedad evolutiva. Estos controles de las tasas de especiación se espera que sean particularmente importantes en el contexto de las oscilaciones climáticas del Pleistoceno, en las que fases recurrentes de expansión y contracción poblacional han generado numerosas oportunidades para la divergencia y el flujo genético a lo largo del continuo de la especiación. specíficamente, DEMODIV pretende integrar datos genómicos e información ecológica y fenotípica de los taxones para: (i) contrastar en múltiples replicas espaciales cómo la interacción entre la capacidad dispersiva y la amplitud de nicho determina las trayectorias demográficas de las especies y moldea sus patrones espaciales de diversificación genética y fenotípica; (ii) identificar los procesos que contribuyen a la cohesión de las especies en puntos calientes de diversificación donde el contacto geográfico entre las mismas se espera que sea frecuente y sus probabilidades de hibridación elevadas; (iii) analizar cómo las tasas de especiación estimadas en las puntas de la filogenia son explicadas por las dinámicas poblacionales y de hibridación experimentadas por las especies y moldeadas por la interacción entre parámetros bióticos y abióticos identificados como factores clave en los procesos de diversificación geográfica a escalas microevolutivas. Abordando todas estas cuestiones, DEMODIV pretende cerrar la brecha entre los fenómenos micro- y macroevolutivos y generar conocimiento clave acerca de los procesos que generan la diversidad biológica // Our understanding about the foremost proximate mechanisms driving the formation and persistence of independently evolving lineages (i.e., species) is still tremendously limited. This could be in part due to the scarce integration of microevolutionary processes into macroevolutionary inference, which has hampered our capacity to identify the ecological and evolutionary phenomena that jointly operate
to shape current patterns of biological diversity. A potential way to fill this gap is integrating accurate estimates of key demographic and evolutionary processes operating at microevolutionary scales within macroevolutionary inference frameworks. Research in this direction is promising but still at its early infancy. The increased capacity to generate large genomic datasets in non-model organisms and the continuous development of versatile analytical approaches allows us now to infer evolutionary and demographic arameters at an unprecedented resolution. As a result, we can now confidentially estimate the timing and magnitude of demographic fluctuations, infer rates of gene flow among populations, and determine the occurrence, extent, direction and timing of hybridization. All these phenomena are presumed to be closely associated with opportunity of species formation and lineage persistence, but formal evaluation of their impacts on rates of species formation is still very limited. The goal of DEMODIV is to shed light on the microevolutionary processes underlying rates of species formation, with particular emphasis on studying the demographic controls on this phenomenon. Using as study system a radiation of grasshoppers, the central hypothesis that will be tested in this project is that speciation rates are explained by species-specific population and hybridization dynamics, two microevolutionary processes intimately linked to the four major controls of speciation: population isolation, population persistence, evolution of reproductive barriers, and evolutionary novelty. These hypothetical rate-limiting controls of speciation are likely to be of particular importance in the context of Pleistocene climatic oscillations, in which recurrent phases of population expansion/contraction provided ample opportunity for both divergence and gene flow at different stages along the continuum of speciation. Specifically, DEMODIV aims to integrate genomic data and detailed information on taxon-specific ecological and phenotypic attributes to: (i) test across landscape replicates how the interplay between dispersal ability and niche breadth impact the demographic trajectories of species to shape their spatial patterns of genetic and phenotypic diversification; (ii) identify the processes contributing to the genetic cohesiveness of species in hotspots of diversification in which geographical contact and opportunities for hybridization among several closely related taxa might be frequent over evolutionary time; (iii) analyse whether rates of speciation estimated at the tips of the phylogeny are explained by species-specific population and hybridization dynamics and determine how these processes are impacted by the interaction between biotic and abiotic parameters identified as key drivers of geographical diversification at
microevolutionary timescales. In addressing these core questions, DEMODIV aims to bridge the gap between micro- and macroevolutionary phenomena in order to gain new insights into the processes that generate biological diversity.