当年轻的博物学家阿尔弗雷德·R·华莱士于1848年离开英格兰探索新世界时，他在亚马逊地区的一个重要观察结果是，大型河流对某些动物物种，特别是灵长类动物和鸟类来说是无法逾越的障碍。更有趣的是，他注意到密切相关的物种经常占据河流两侧的森林，但它们从未被发现在一起。

事实上，亚马逊鸟类中有数百个跨河对的例子，这是地球上任何其他地方都看不到的现象。通常栖息在巴西里奥内格罗河下游森林中的大约240种鸟类中，近三分之一被另一侧密切相关的物种所取代。例如，在左岸你会看到带有红喉的黑斑巴贝克(Capito niger)。在右岸，你只会看到与橙色喉咙密切相关的Guilded Barbets(Capito auratus)。

自从我1999年第一次访问该地区以来，亚马逊河就让我着迷，并成为我作为热带生物学家研究的主要焦点。华莱士所描述的替代模式让我着迷，并花了无数个小时研究鸟类分布图。

然而，尽管多年的研究，进化生物学家仍然不确定河流在亚马逊河的物种形成过程中所扮演的角色。河流会产生新物种吗?或者只是作为次要障碍，为其他地方形成的物种提供自然界限?所有这些成对的谱系是否同时发生分歧，除以共同的障碍?或者每个物种都遵循自己的进化路径?

当我们开始探索仍然是亚马逊流域最原始地区之一的Rio Negro时，这些问题引导了我的同事和我。就像早期自然主义者进行的探险一样，我们的长途旅行涉及到达偏远地区。但我们配备了计算机，数字图像，GPS设备，数字录音机和液氮，以使我们的样品保持在非常低的温度，直到我们可以在实验室中进行遗传分析。我们的计划是使用来自河对岸的鸟类的组织样本来评估它们的进化历史。

从一个物种演变为两个物种

通过观察不同银行之间个体之间的遗传分化程度，现代自然主义者能够追踪自这些人群开始其独立进化历史以来已经过去了多少时间。生物学家无法达成共识的是这些河流在它们目前分裂的物种的进化历史中起了什么作用。

一个显而易见的可能性是，祖先物种的范围被新形成的河流解剖，隔离了大块的森林。截止种群将缓慢变化并彼此区分。如果有足够的时间，他们的差异将变得非常大，以至于他们不再认识对方作为配对和养育后代的潜在配偶 - 他们将成为不同的物种。这个想法被称为河流障碍假说。这是为什么亚马逊流域有这么多物种的最古老的解释。

另一种模式表明，河流是次要障碍。根据这一想法，虽然它们目前对于确定物种的地理界限很重要，但河流与祖先种群的初始分离无关。

但是，这里很难不提出最明显的问题。鸟类进行史诗般的长距离迁徙，能够从极地到极地旅行。亚马逊流域，即使是大型河流，如何在世界范围内成为障碍?鸟类不能简单地过河，与亲人团聚，避免成为两个不同的物种?

简短的回答显然不是。对于许多森林栖息物种而言，河流确实似乎是不可逾越的障碍。实验表明，许多鸟类无法在开阔的风景中飞行一百码，更不用说穿越几公里长的亚马逊河。

测试河流在鸟类进化中的作用

我们的第一步是在上游映射这些对替换的确切位置。众所周知，所研究的所有对都在较低的里奥内格罗(Rio Negro)周转，在一些地方的范围可达10公里。然而，上游河流更窄，更换模式变得更加复杂，涉及小河流。

当种群之间的差异相对较大时 - 如羽毛图案，颜色或歌曲对通常被认为是不同的物种。当差异微妙时 - 例如大小或羽毛色调或色调 - 鸟类学家倾向于将它们视为不同的亚种。无论是物种对还是亚种对，生物学家都将它们称为“成对分类群”。

我们详细调查了74对分类群，其范围被Rio Negro及其最大支流Rio Branco的各种组合划分。这两条河流都是数十种鸟类的生物地理屏​​障。经过十多年的实地考察，以及巴西和美国主要博物馆和馆藏的贡献，我们的团队获得了几乎所有鸟类和亚种的分布和遗传数据，这些物种和亚种在河的两边都有所不同。

我们推断，如果一条河流解剖了景观并同时分离了许多鸟类群体，那么这些群体应该呈现大致相似的分歧时期。如果河流充当次要障碍，对可能会出现一整套年龄段。在这种情况下，对可能比目前约束其分布的河流更旧，因为根据该模型，一个物种的原始分裂不依赖于河流的出现。

我们使用经过时间校准的分子数据来近似计算出我们的74对相关鸟类中的每一只在进化上分别走向它们的方式。一些基因以可预测的稳定速率发生突变，使科学家们能够估计自任何一对生物体发散以来所经历的时间。他们的基因组变化越多，他们共享共同祖先的时间就越长。这就像看研究人员所说的“分子钟”。

当我们观察鸟类样本的分子钟时，我们发现分歧事件并未在特定的时间范围内聚集。相反，它们的范围从0.2到800万年前。因此，目前由共同屏障划分的所有禽类对，例如黑人或布兰科，都不太可能是由这些河流的起源产生的。

此外，地貌数据表明这些河流最近建立了现在的位置。Rio Negro的大约日期大约是一百万年，而Rio Branco显然更近，约为20,000年。因此，两条河流似乎都比它们目前划分的大多数鸟类都要年轻得多，支持二级接触屏障模型：今天的河流保持了边界，但时间表明它们不能负责最初分离大多数鸟类对我们学习了。

另一方面，里约黑人似乎确实有百万年的历史。我们的模型不能拒绝在这个年龄段发生的12对鸟类分类群的常见多样化事件，其DNA表明它们在过去的百万年内发生了分歧。因此，尽管研究的大多数对的起源可能与河流的起源无关，但特别是Rio Negro可能是某些物种的主要障碍。

我们在Science Advances上发表的新研究提供了令人信服的证据，证明亚马逊河流可能具有双重进化作用。根据河流障碍假说的提出，它们可以作为某些谱系的主要障碍。但更常见的是，它们是大多数鸟类谱系的次要障碍。这些结果仅来自亚马逊地区的一个重要区域，而其他盆地的类似研究将我们的结果置于更广泛的背景下。