Factors driving adaptive radiation in plants of oceanic islands: a case study from the Juan Fernández Archipelago

Abstract

Adaptive radiation is a common evolutionary phenomenon in oceanic islands. From one successful immigrant population, dispersal into different island environments and directional selection can rapidly yield a series of morphologically distinct species, each adapted to its own particular environment. Not all island immigrants, however, follow this evolutionary pathway. Others successfully arrive and establish viable populations, but they remain in the same ecological zone and only slowly diverge over millions of years. This transformational speciation, or anagenesis, is also common in oceanic archipelagos. The critical question is why do some groups radiate adaptively and others not? The Juan Fernández Islands contain 105 endemic taxa of angiosperms, 49% of which have originated by adaptive radiation (cladogenesis) and 51% by anagenesis, hence providing an opportunity to examine characteristics of taxa that have undergone both types of speciation in the same general island environment. Life form, dispersal mode, and total number of species in progenitors (genera) of endemic angiosperms in the archipelago were investigated from literature sources and compared with modes of speciation (cladogenesis vs. anagenesis). It is suggested that immigrants tending to undergo adaptive radiation are herbaceous perennial herbs, with leaky self-incompatible breeding systems, good intra-island dispersal capabilities, and flexible structural and physiological systems. Perhaps more importantly, the progenitors of adaptively radiated groups in islands are those that have already been successful in adaptations to different environments in source areas, and which have also undergone eco-geographic speciation. Evolutionary success via adaptive radiation in oceanic islands, therefore, is less a novel feature of island lineages but rather a continuation of tendency for successful adaptive speciation in lineages of continental source regions.

Diversidad y distribución de los endemismos de Asteraceae (Compositae) en la Flora del Ecuador

“…Las especies que integran la familia Asteraceae son pioneras y heliófilas, adaptadas a invadir hábitats perturbados y son colonizadoras, con alta capacidad de bloqueo de las oportunidades ecológicas que ralentiza o inhibe la taza de colonización de otras especies (Takayama et al, 2018). El alto potencial de diversificación de las especies de Asteraceae en el Archipiélago de Galápagos y su elevado número de endemismos puede estar impulsado por la radiación adaptativa que es propiciada por la heterogeneidad del entorno y diversidad de hábitats existentes en las islas en un período de tiempo relativamente corto.…”

“…La hipótesis de la "especiación corolario" plantea que en las islas jóvenes los clados menos especializados, con gran adaptabilidad, presentan una mayor tasa de especiación y diversificación, cubriendo los nichos disponibles, a la vez que se especializan (Wagner et al, 1995;Landis et al, 2018). Ambos procesos, cladogénesis y anagénesis contribuyen a la especiación en estas islas (Takayama et al, 2018).…”

“…La vegetación de tierras altas ha sido sometida a intensas presiones evolutivas debido a la impetuosa influencia de las oscilaciones del nivel del mar en sus procesos de expansión y de contracción (Ali & Aitchison, 2014). La formación de hábitats abiertos pudo estar influenciada por continuas perturbaciones, principalmente por una intensa actividad volcánica, deslizamientos de tierras, y condiciones climáticas variables que propiciaron la aparición de cambios genéticos y morfológicos a escala poblacional (Takayama et al, 2018). Los endemismos de Asteraceae en la región insular muestran solapamiento de sus áreas de ditribución y sus hábitats están escasamente diferenciados, donde la frecuencia de especies se incrementa en relación a la superficie y edad geológica de las islas, principalmente en el género Scalesia que muestra una distribución alopátricas o parapátricas, excepto S. affinis que ocupa un amplio rango de hábitats y es simpátrica con otras especies del género (Blaschke & Sanders, 2009).…”

“…La familia Asteraceae en las Islas Galápagos es generalista en cuanto a sus requerimientos en vectores de polinización, autocompatible o parcialmente autocompatible y autógama (Acmella, Darwiniothamnus, Encelia, Jaegeria, Lecocarpus, Pectis y Scalesia), por lo que no depende estrictamente de los vectores de polinización para reproducirse, lo que constituye una ventaja que se fundamenta en la edad de las islas y en la escasez de polinizadores (Ornduff, 1969;Clark, 1988;McMullen & Naranjo, 1994;Schilling et al, 1994;Philipp et al, 2004;Crawford et al, 2009;Chamorro et al, 2012;Takayama et al, 2018). Por lo expuesto, la dioecia de Baccharis gnidiifolia y B. steetzii no evolucionó en las Islas Galápagos (Sundberg et al, 1986;Chamorro et al, 2012).…”

“…Los estudios efectuados en S. cordata (Philipp & Nielsen, 2010), S. affinis (Nielsen et al, 2007) demuestran que es parcialmente autoincompatible. Se enfatiza que un alto nivel de autogamia presumiblemente reduce la diversidad genética de los individuos en las poblaciones, lo cual limita de forma ostensible la radiación, la diversificación y la especiación (Takayama et al, 2018).…”