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The geographic mosaic in parallel: matching patterns of newt tetrodotoxin levels and snake resistance in multiple predator-prey pairs
Journal of Animal Ecology ( IF 3.5 ) Pub Date : 2020-04-11 , DOI: 10.1111/1365-2656.13212 Jessica S Reimche 1, 2 , Edmund D Brodie 3 , Amber N Stokes 4 , Erica J Ely 1, 5 , Haley A Moniz 1, 2 , Vicki L Thill 1, 2 , Joshua M Hallas 1, 2 , Michael E Pfrender 6 , Edmund D Brodie 7 , Chris R Feldman 1, 2
Journal of Animal Ecology ( IF 3.5 ) Pub Date : 2020-04-11 , DOI: 10.1111/1365-2656.13212 Jessica S Reimche 1, 2 , Edmund D Brodie 3 , Amber N Stokes 4 , Erica J Ely 1, 5 , Haley A Moniz 1, 2 , Vicki L Thill 1, 2 , Joshua M Hallas 1, 2 , Michael E Pfrender 6 , Edmund D Brodie 7 , Chris R Feldman 1, 2
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The Geographic Mosaic Theory of Coevolution (GMTC) predicts that coevolutionary arms races will vary over time and space because of the diverse ecological settings and population histories of interacting species across the landscape. Thus, understanding coevolution may require investigating broad sets of populations sampled across the range of the interaction. In addition, comparing coevolutionary dynamics between similar systems may reveal the importance of specific factors that structure coevolution. Here, we examine geographic patterns of prey traits and predator traits in the relatively unstudied interaction between the Sierra garter snake (Thamnophis couchii) and sympatric prey, the rough-skinned newt (Taricha granulosa), Sierra newt (Ta. sierrae) and California newt (Ta. torosa). This system parallels, in space and phenotypes, a classic example of coevolution between predatory common garter snakes (Th. sirtalis) and their toxic newt prey exhibiting hotspots of newt tetrodotoxin (TTX) levels and matching snake TTX-resistance. We quantified prey and predator traits from hundreds of individuals across their distributions, and functional trait-matching at sympatric sites. We show strong regional patterns of trait covariation across the shared ranges of Th. couchii and newt prey. Traits differ significantly among localities, with lower newt TTX levels and snake TTX-resistance at the northern latitudes, and higher TTX levels and snake resistance at southern latitudes. Newts and snakes in northern populations show the highest degree of functional trait matching despite possessing the least extreme traits. Conversely, newts and snakes in southern populations show the greatest mismatch despite possessing exaggerated traits, with some snakes so resistant to TTX they would be unaffected by any sympatric newt. Nevertheless, individual variation was substantial, and appears to offer the opportunity for continued reciprocal selection in most populations. Overall, the three species of newts appear to be engaged in a TTX-mediated arms race with Th. couchii. These patterns are congruent with those seen between newts and Th. sirtalis, including the same latitudinal gradient in trait covariation, and the potential "escape" from the arms race by snake predators. Such concordance in broad scale patterns across two distinct systems suggests common phenomena might structure geographic mosaics in similar ways.
中文翻译：
平行的地理马赛克：多个捕食者 - 猎物对中蝾螈毒素水平和蛇抗性的匹配模式
共同进化的地理马赛克理论 (GMTC) 预测，由于景观中相互作用物种的不同生态环境和种群历史，共同进化军备竞赛将随时间和空间变化。因此，了解共同进化可能需要调查在相互作用范围内采样的广泛群体。此外，比较相似系统之间的协同进化动力学可能会揭示构建协同进化的特定因素的重要性。在这里，我们在相对未经研究的塞拉吊带蛇（Thamnophis couchii）和同域猎物、粗皮蝾螈（Taricha granulosa）、塞拉蝾螈（Ta. sierrae）和加利福尼亚蝾螈之间的相互作用中，研究了猎物特征和捕食者特征的地理模式（塔罗萨）。这个系统在空间和表型上是平行的，掠食性常见吊袜带蛇 (Th. sirtalis) 与其有毒蝾螈猎物之间共同进化的经典例子，表现出蝾螈毒素 (TTX) 水平和匹配的蛇 TTX 抗性的热点。我们量化了数百个个体分布的猎物和捕食者特征，以及同域站点的功能特征匹配。我们在 Th 的共享范围内展示了强烈的性状协变区域模式。couchii 和蝾螈的猎物。各地性状差异显着，北纬蝾螈TTX水平和蛇TTX抗性较低，南纬TTX水平和抗蛇性较高。北方种群中的蝾螈和蛇尽管具有最不极端的特征，但表现出最高程度的功能特征匹配。反过来，南方种群的蝾螈和蛇尽管具有夸张的特征，但表现出最大的不匹配，一些蛇对 TTX 具有如此强的抵抗力，以至于它们不会受到任何同域蝾螈的影响。然而，个体差异是巨大的，并且似乎为大多数种群提供了继续相互选择的机会。总体而言，这三种蝾螈似乎与 Th 进行了 TTX 介导的军备竞赛。沙发。这些模式与蝾螈和 Th 之间看到的模式一致。Sirtalis，包括特征协变中的相同纬度梯度，以及蛇捕食者可能从军备竞赛中“逃脱”。跨越两个不同系统的大尺度模式的这种一致性表明，常见现象可能以类似的方式构建地理马赛克。有些蛇对 TTX 具有如此强的抵抗力，它们不会受到任何同域蝾螈的影响。然而，个体差异是巨大的，并且似乎为大多数种群提供了继续相互选择的机会。总体而言，这三种蝾螈似乎与 Th 进行了 TTX 介导的军备竞赛。沙发。这些模式与蝾螈和 Th 之间看到的模式一致。Sirtalis，包括特征协变中的相同纬度梯度，以及蛇捕食者可能从军备竞赛中“逃脱”。跨越两个不同系统的大尺度模式的这种一致性表明，常见现象可能以类似的方式构建地理马赛克。有些蛇对 TTX 具有如此强的抵抗力，它们不会受到任何同域蝾螈的影响。然而，个体差异是巨大的，并且似乎为大多数种群提供了继续相互选择的机会。总体而言，这三种蝾螈似乎与 Th 进行了 TTX 介导的军备竞赛。沙发。这些模式与蝾螈和 Th 之间看到的模式一致。Sirtalis，包括特征协变中的相同纬度梯度，以及蛇捕食者可能从军备竞赛中“逃脱”。跨越两个不同系统的大尺度模式的这种一致性表明，常见现象可能以类似的方式构建地理马赛克。并且似乎为大多数人群提供了继续相互选择的机会。总体而言，这三种蝾螈似乎与 Th 进行了 TTX 介导的军备竞赛。沙发。这些模式与蝾螈和 Th 之间看到的模式一致。Sirtalis，包括特征协变中的相同纬度梯度，以及蛇捕食者可能从军备竞赛中“逃脱”。跨越两个不同系统的大尺度模式的这种一致性表明，常见现象可能以类似的方式构建地理马赛克。并且似乎为大多数人群提供了继续相互选择的机会。总体而言，这三种蝾螈似乎与 Th 进行了 TTX 介导的军备竞赛。沙发。这些模式与蝾螈和 Th 之间看到的模式一致。Sirtalis，包括特征协变中的相同纬度梯度，以及蛇捕食者可能从军备竞赛中“逃脱”。跨越两个不同系统的大尺度模式的这种一致性表明，常见现象可能以类似的方式构建地理马赛克。以及蛇捕食者可能从军备竞赛中“逃脱”。跨越两个不同系统的大尺度模式的这种一致性表明，常见现象可能以类似的方式构建地理马赛克。以及蛇捕食者可能从军备竞赛中“逃脱”。跨越两个不同系统的大尺度模式的这种一致性表明，常见现象可能以类似的方式构建地理马赛克。
更新日期：2020-04-11
中文翻译：
平行的地理马赛克：多个捕食者 - 猎物对中蝾螈毒素水平和蛇抗性的匹配模式
共同进化的地理马赛克理论 (GMTC) 预测，由于景观中相互作用物种的不同生态环境和种群历史，共同进化军备竞赛将随时间和空间变化。因此，了解共同进化可能需要调查在相互作用范围内采样的广泛群体。此外，比较相似系统之间的协同进化动力学可能会揭示构建协同进化的特定因素的重要性。在这里，我们在相对未经研究的塞拉吊带蛇（Thamnophis couchii）和同域猎物、粗皮蝾螈（Taricha granulosa）、塞拉蝾螈（Ta. sierrae）和加利福尼亚蝾螈之间的相互作用中，研究了猎物特征和捕食者特征的地理模式（塔罗萨）。这个系统在空间和表型上是平行的，掠食性常见吊袜带蛇 (Th. sirtalis) 与其有毒蝾螈猎物之间共同进化的经典例子，表现出蝾螈毒素 (TTX) 水平和匹配的蛇 TTX 抗性的热点。我们量化了数百个个体分布的猎物和捕食者特征，以及同域站点的功能特征匹配。我们在 Th 的共享范围内展示了强烈的性状协变区域模式。couchii 和蝾螈的猎物。各地性状差异显着，北纬蝾螈TTX水平和蛇TTX抗性较低，南纬TTX水平和抗蛇性较高。北方种群中的蝾螈和蛇尽管具有最不极端的特征，但表现出最高程度的功能特征匹配。反过来，南方种群的蝾螈和蛇尽管具有夸张的特征，但表现出最大的不匹配，一些蛇对 TTX 具有如此强的抵抗力，以至于它们不会受到任何同域蝾螈的影响。然而，个体差异是巨大的，并且似乎为大多数种群提供了继续相互选择的机会。总体而言，这三种蝾螈似乎与 Th 进行了 TTX 介导的军备竞赛。沙发。这些模式与蝾螈和 Th 之间看到的模式一致。Sirtalis，包括特征协变中的相同纬度梯度，以及蛇捕食者可能从军备竞赛中“逃脱”。跨越两个不同系统的大尺度模式的这种一致性表明，常见现象可能以类似的方式构建地理马赛克。有些蛇对 TTX 具有如此强的抵抗力，它们不会受到任何同域蝾螈的影响。然而，个体差异是巨大的，并且似乎为大多数种群提供了继续相互选择的机会。总体而言，这三种蝾螈似乎与 Th 进行了 TTX 介导的军备竞赛。沙发。这些模式与蝾螈和 Th 之间看到的模式一致。Sirtalis，包括特征协变中的相同纬度梯度，以及蛇捕食者可能从军备竞赛中“逃脱”。跨越两个不同系统的大尺度模式的这种一致性表明，常见现象可能以类似的方式构建地理马赛克。有些蛇对 TTX 具有如此强的抵抗力，它们不会受到任何同域蝾螈的影响。然而，个体差异是巨大的，并且似乎为大多数种群提供了继续相互选择的机会。总体而言，这三种蝾螈似乎与 Th 进行了 TTX 介导的军备竞赛。沙发。这些模式与蝾螈和 Th 之间看到的模式一致。Sirtalis，包括特征协变中的相同纬度梯度，以及蛇捕食者可能从军备竞赛中“逃脱”。跨越两个不同系统的大尺度模式的这种一致性表明，常见现象可能以类似的方式构建地理马赛克。并且似乎为大多数人群提供了继续相互选择的机会。总体而言，这三种蝾螈似乎与 Th 进行了 TTX 介导的军备竞赛。沙发。这些模式与蝾螈和 Th 之间看到的模式一致。Sirtalis，包括特征协变中的相同纬度梯度，以及蛇捕食者可能从军备竞赛中“逃脱”。跨越两个不同系统的大尺度模式的这种一致性表明，常见现象可能以类似的方式构建地理马赛克。并且似乎为大多数人群提供了继续相互选择的机会。总体而言，这三种蝾螈似乎与 Th 进行了 TTX 介导的军备竞赛。沙发。这些模式与蝾螈和 Th 之间看到的模式一致。Sirtalis，包括特征协变中的相同纬度梯度，以及蛇捕食者可能从军备竞赛中“逃脱”。跨越两个不同系统的大尺度模式的这种一致性表明，常见现象可能以类似的方式构建地理马赛克。以及蛇捕食者可能从军备竞赛中“逃脱”。跨越两个不同系统的大尺度模式的这种一致性表明，常见现象可能以类似的方式构建地理马赛克。以及蛇捕食者可能从军备竞赛中“逃脱”。跨越两个不同系统的大尺度模式的这种一致性表明，常见现象可能以类似的方式构建地理马赛克。
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