Unmasking hidden genetic, vocal, and size variation in the Masked Flowerpiercer along the Andes supports two species separated by Northern Peruvian Low
Silvia C. Martínez-Gómez, C. E. Lara, Jr J. V. Remsen, R. T. Brumfield, Andrés M. Cuervo
{"title":"Unmasking hidden genetic, vocal, and size variation in the Masked Flowerpiercer along the Andes supports two species separated by Northern Peruvian Low","authors":"Silvia C. Martínez-Gómez, C. E. Lara, Jr J. V. Remsen, R. T. Brumfield, Andrés M. Cuervo","doi":"10.1093/ornithology/ukad028","DOIUrl":null,"url":null,"abstract":"ABSTRACT Genetic divergence among isolated populations is not always reflected in phenotypic differentiation. We investigated the genetic and phenotypic differentiation in Diglossa cyanea (Thraupidae; Masked Flowerpiercer), a widely distributed species in the tropical Andes. We found strong evidence for 2 main lineages separated by the Marañón River valley in the Northern Peruvian Low (NPL). These 2 lineages show a deep sequence divergence in mitochondrial DNA (mtDNA; ∼6.7% uncorrected p-distance, n = 122), spectral frequency and song structure (with exclusive final whistles in southern populations, n = 88), and wing length (the northern populations are smaller, n = 364). The 2 divergent D. cyanea mitochondrial lineages were not sister to each other, suggesting a possible paraphyly with respect to D. caerulescens (Bluish Flowerpiercer) that remains to be tested with nuclear genomic data. No genetic variation, size difference, or song structure was observed within the extensive range of the southern group (from the NPL to central Bolivia) or within all sampled northern populations (from the NPL to Venezuela). These vocal differences appear to have consequences for song discrimination, and species recognition, according to a previously published playback experiment study. We propose that the southern taxon be elevated to species rank as D. melanopis, a monotypic species (with the proposed name Whistling Masked-Flowerpiercer). In turn, we provide a redefinition of D. cyanea (Warbling Masked-Flowerpiercer), which is now restricted to the northern half of the tropical Andes as a polytypic species with 3 subspecies (tovarensis, obscura, and cyanea). Based on our results, the subspecies dispar should be treated as a junior synonym of cyanea. Our study highlights the need to continue amassing complementary data sets from field observations, experiments, and collection-based assessments to better characterize the evolutionary history, biogeography, bioacoustics, and taxonomy of Neotropical montane birds. LAY SUMMARY We analyzed variation in mitochondrial DNA, songs, and body size among populations of a bird species of the Andean mountains (Masked Flowerpiercer) that shows relatively little plumage variation across its 3,800-km-long distribution from northern Venezuela to central Bolivia. We found that the Masked Flowerpiercer consists of two divergent populations separated by a deep geographic depression known as the Northern Peruvian Low (NPL). The degree of mitochondrial sequence divergence between them is as great as between either of them and another species, the Bluish Flowerpiercer. The two populations also have distinct songs, with the song of the southern group (melanopis) ending with clear whistles that are completely absent in the northern group (cyanea). The southern group also tend to have longer wings than do populations north of the NPL. The southern population should be treated as a separate species, Diglossa melanopis (Whistling Masked Flowerpiercer), whereas the northern group D. cyanea, with three recognized subspecies (obscura, tovarensis, cyanea). RESUMEN La divergencia genética entre poblaciones aisladas no siempre se refleja en diferencias fenotípicas. Investigamos la diferenciación genética y fenotípica en Diglossa cyanea (Thraupidae), una especie común de los Andes tropicales. Encontramos dos linajes principales separados por el cañón del río Marañón en la Depresión del Norte del Perú (DNP). Estos dos linajes tienen una profunda divergencia en ADN mitocondrial (∼6.7% de distancia p no corregida, n = 122), en el rango de frecuencia y estructura del canto (con silbidos finales exclusivos en las poblaciones del sur, n = 88), y en la longitud del ala (las poblaciones del norte son más pequeñas, n = 364). Los dos linajes mitocondriales divergentes en D. cyanea no resultaron grupos hermanos entre sí, sugiriendo una posible parafilia con respecto a D. caerulescens, que debe ser puesta a prueba con datos genómicos nucleares. No encontramos variación genética, diferencias de tamaño o estructura del canto entre las poblaciones del grupo del sur (desde la DNP hasta Bolivia), como tampoco entre las poblaciones del norte muestreadas (desde la DNP hasta Venezuela). Estas diferencias vocales parecen tener consecuencias en la discriminación de cantos y el reconocimiento entre especies de acuerdo con un estudio basado en experimentos de playback previamente publicado. Proponemos que la subespecie del sur sea elevada al rango de especie como D. melanopis, una especie monotípica. A su vez, redefinimos a D. cyanea, que ahora se restringe a la mitad norte de los Andes tropicales como una especie politípica con tres subespecies (tovarensis, obscura y cyanea). De acuerdo con los resultados, la subespecie dispar debe tratarse como un sinónimo de cyanea. Nuestro estudio demuestra la necesidad de seguir acumulando conjuntos complementarios de datos a partir de observaciones de campo, experimentos y evaluaciones basadas en colecciones para caracterizar mejor la historia evolutiva, la biogeografía, la bioacústica y la taxonomía de las aves montanas neotropicales.","PeriodicalId":382448,"journal":{"name":"The Auk","volume":null,"pages":null},"PeriodicalIF":0.0000,"publicationDate":"2023-06-07","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":"0","resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":null,"PeriodicalName":"The Auk","FirstCategoryId":"1085","ListUrlMain":"https://doi.org/10.1093/ornithology/ukad028","RegionNum":0,"RegionCategory":null,"ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":null,"EPubDate":"","PubModel":"","JCR":"","JCRName":"","Score":null,"Total":0}
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Abstract
ABSTRACT Genetic divergence among isolated populations is not always reflected in phenotypic differentiation. We investigated the genetic and phenotypic differentiation in Diglossa cyanea (Thraupidae; Masked Flowerpiercer), a widely distributed species in the tropical Andes. We found strong evidence for 2 main lineages separated by the Marañón River valley in the Northern Peruvian Low (NPL). These 2 lineages show a deep sequence divergence in mitochondrial DNA (mtDNA; ∼6.7% uncorrected p-distance, n = 122), spectral frequency and song structure (with exclusive final whistles in southern populations, n = 88), and wing length (the northern populations are smaller, n = 364). The 2 divergent D. cyanea mitochondrial lineages were not sister to each other, suggesting a possible paraphyly with respect to D. caerulescens (Bluish Flowerpiercer) that remains to be tested with nuclear genomic data. No genetic variation, size difference, or song structure was observed within the extensive range of the southern group (from the NPL to central Bolivia) or within all sampled northern populations (from the NPL to Venezuela). These vocal differences appear to have consequences for song discrimination, and species recognition, according to a previously published playback experiment study. We propose that the southern taxon be elevated to species rank as D. melanopis, a monotypic species (with the proposed name Whistling Masked-Flowerpiercer). In turn, we provide a redefinition of D. cyanea (Warbling Masked-Flowerpiercer), which is now restricted to the northern half of the tropical Andes as a polytypic species with 3 subspecies (tovarensis, obscura, and cyanea). Based on our results, the subspecies dispar should be treated as a junior synonym of cyanea. Our study highlights the need to continue amassing complementary data sets from field observations, experiments, and collection-based assessments to better characterize the evolutionary history, biogeography, bioacoustics, and taxonomy of Neotropical montane birds. LAY SUMMARY We analyzed variation in mitochondrial DNA, songs, and body size among populations of a bird species of the Andean mountains (Masked Flowerpiercer) that shows relatively little plumage variation across its 3,800-km-long distribution from northern Venezuela to central Bolivia. We found that the Masked Flowerpiercer consists of two divergent populations separated by a deep geographic depression known as the Northern Peruvian Low (NPL). The degree of mitochondrial sequence divergence between them is as great as between either of them and another species, the Bluish Flowerpiercer. The two populations also have distinct songs, with the song of the southern group (melanopis) ending with clear whistles that are completely absent in the northern group (cyanea). The southern group also tend to have longer wings than do populations north of the NPL. The southern population should be treated as a separate species, Diglossa melanopis (Whistling Masked Flowerpiercer), whereas the northern group D. cyanea, with three recognized subspecies (obscura, tovarensis, cyanea). RESUMEN La divergencia genética entre poblaciones aisladas no siempre se refleja en diferencias fenotípicas. Investigamos la diferenciación genética y fenotípica en Diglossa cyanea (Thraupidae), una especie común de los Andes tropicales. Encontramos dos linajes principales separados por el cañón del río Marañón en la Depresión del Norte del Perú (DNP). Estos dos linajes tienen una profunda divergencia en ADN mitocondrial (∼6.7% de distancia p no corregida, n = 122), en el rango de frecuencia y estructura del canto (con silbidos finales exclusivos en las poblaciones del sur, n = 88), y en la longitud del ala (las poblaciones del norte son más pequeñas, n = 364). Los dos linajes mitocondriales divergentes en D. cyanea no resultaron grupos hermanos entre sí, sugiriendo una posible parafilia con respecto a D. caerulescens, que debe ser puesta a prueba con datos genómicos nucleares. No encontramos variación genética, diferencias de tamaño o estructura del canto entre las poblaciones del grupo del sur (desde la DNP hasta Bolivia), como tampoco entre las poblaciones del norte muestreadas (desde la DNP hasta Venezuela). Estas diferencias vocales parecen tener consecuencias en la discriminación de cantos y el reconocimiento entre especies de acuerdo con un estudio basado en experimentos de playback previamente publicado. Proponemos que la subespecie del sur sea elevada al rango de especie como D. melanopis, una especie monotípica. A su vez, redefinimos a D. cyanea, que ahora se restringe a la mitad norte de los Andes tropicales como una especie politípica con tres subespecies (tovarensis, obscura y cyanea). De acuerdo con los resultados, la subespecie dispar debe tratarse como un sinónimo de cyanea. Nuestro estudio demuestra la necesidad de seguir acumulando conjuntos complementarios de datos a partir de observaciones de campo, experimentos y evaluaciones basadas en colecciones para caracterizar mejor la historia evolutiva, la biogeografía, la bioacústica y la taxonomía de las aves montanas neotropicales.
孤立群体之间的遗传分化并不总是反映在表型分化上。研究了蓝藻(Diglossa cyanea, Thraupidae)的遗传和表型分化;假面花,广泛分布于热带安第斯山脉。我们在秘鲁北部低地(NPL)发现了由Marañón河谷分隔的2个主要谱系的有力证据。这两个谱系在线粒体DNA (mtDNA;~ 6.7%未经校正的p距离,n = 122)、频谱频率和鸣声结构(南方种群中只有终场哨声,n = 88)和翅膀长度(北方种群较小,n = 364)。这两个不同的蓝藻D. cyanea线粒体谱系并不是姐妹,这表明蓝藻D. caerulescens (Bluish Flowerpiercer)可能存在亲缘关系,这有待于核基因组数据的检验。在南部种群(从NPL到玻利维亚中部)或所有北部种群(从NPL到委内瑞拉)的广泛范围内,没有观察到遗传变异、大小差异或鸣叫结构。根据之前发表的一项回放实验研究,这些声音差异似乎对歌曲辨别和物种识别产生了影响。我们建议将南方分类群提升为单型种D. melanopis(建议命名为Whistling mask - flowerpiercer)。反过来,我们提供了D. cyanea (Warbling mask - flowerpiercer)的重新定义,它现在被限制在热带安第斯山脉的北半部,作为一个多型物种,有3个亚种(tovarensis, obscura和cyanea)。根据我们的研究结果,该亚种dispar应被视为蓝藻的低级同义种。我们的研究强调需要继续从野外观测、实验和基于收集的评估中收集补充数据集,以更好地表征新热带山地鸟类的进化史、生物地理学、生物声学和分类。我们分析了安第斯山脉一种鸟类(蒙面花鸟)种群的线粒体DNA、鸣声和体型的差异,发现从委内瑞拉北部到玻利维亚中部3800公里长的分布中,羽毛的差异相对较小。我们发现蒙面花雀由两个不同的种群组成,它们被一个被称为秘鲁北部低地(NPL)的深地理洼地分开。它们之间线粒体序列的差异程度就像它们与另一个物种——蓝花蝶之间的差异一样大。这两个种群也有不同的歌声,南方种群(黑鸟)的歌声以清晰的哨声结束,而北方种群(青鸟)则完全没有。南部种群的翅膀也往往比国家物理实验室北部的种群长。南方种群应该被视为一个独立的物种,Diglossa melanopis (Whistling蒙面花),而北方种群D. cyanea有三个公认的亚种(obscura, tovarensis, cyanea)。简历:遗传变异与遗传变异的差异与遗传变异之间没有明显的差别fenotípicas。对热带安第斯山脉的diferenciación gen诈骗案和fenotípica蓝藻(蓝藻科)进行调查,特别是común。两个分离原则之间的相互关系cañón del río Marañón和Depresión del Norte del Perú (DNP)。Estos dos linajes tienen una profunda divergencia en ADN mitocondrial(约6.7% de distance p no corregida, n = 122), en el rango de freccia y structure del canto (con silbidos finales exclusives en las poblaciones del sur, n = 88), en la longitude del ala (las poblaciones del norte son más pequeñas, n = 364)。在hermanos中心sí组中,没有发现与d.c erulescens有关的可能的同源性,但在genómicos核中,没有发现与d.c erulescens有关的可能的同源性。不违反variación genachimtica,不同之处tamaño: 1 .从结构上看,所有问题都与集团有关(玻利维亚国家统计局);2 .从结构上看,所有问题都与集团有关(委内瑞拉国家统计局)。不同的声音在不同的环境中出现,不同的声音在不同的环境中出现,不同的声音在不同的环境中出现,不同的声音在不同的环境中出现,不同的声音在不同的环境中出现,不同的声音在不同的环境中出现,不同的声音在不同的环境中出现。海洋海拔的亚种,海拔的亚种,海拔的亚种,海拔的亚种,海拔的亚种,海拔的亚种,海拔的亚种,海拔的亚种,海拔的亚种,海拔的亚种。A su vez, redefinimos A D. cyanea, que ahora se restringe A la de los Andes热带地区北部,como una,特别是politípica con亚种(tovarensis, obscura y cyanea)。De acuerdo con los resultados, la subespecie dispar debe tratrase como un sinónimo De cyanea。