Un estudio efectuado por científicos concluyó que el último ancestro común de todas las sub especies modernas de león vivió en África hace unos 124 000 años. Antes de esa época, en el Pleistoceno Medio, los leones se distribuían por todo el continente africano. En ese momento, durante el periodo húmedo denominado MIS 5 que favoreció el gran desarrollo de la selva desde el golfo de Guinea hasta el Rift, las poblaciones del norte y oeste se separaron de las del sur y este. Más tarde, hace cerca de 51 000 años el clima africano se hizo cada vez más seco por lo que se formaron barreras como el desierto del Sahara que separó a los leones del oeste y norte de África. Mientras las selvas ecuatoriales se contraían, las poblaciones del oeste se expandían hacia el centro. A la vez, existía una complicada interacción entre las poblaciones del sur y este con el Valle del Rift como barrera parcial a la dispersión.
El mismo estudio indicó que estos animales salieron de África hace aproximadamente 21 000 años, final del Pleistoceno, llegando hasta la India, y posteriormente, hace unos 5000 años —ya en el Holoceno— otra oleada salió del norte de África llegando hasta lo que hoy en día es Irán y el Medio Oriente. Sin embargo, en el Medio Oriente se han encontrado restos fósiles de leones que datan de todo el Pleistoceno Superior, por lo que debieron llegar alí anteriormente
Tradicionalmente se reconocían doce subespecies modernas de león, de las que la más grande era el león del Atlas. Las diferencias principales entre estas especies son la distribución geográfica, la apariencia de la melena y el tamaño. Como estas características son poco consistentes y muy variables, la mayoría de estas formas son discutibles y probablemente no sean válidas; además, a menudo las distinciones se basaban en material de zoológicos de origen desconocido que podría haber tenido características morfológicas "sorprendentes, pero anormales".Actualmente es habitual que solo se reconozcan ocho subespecies, pero una de ellas (el león del Cabo) es probablemente inválida.
Incluso las siete subespecies restantes podrían ser demasiadas; la variación mitocondrial reciente entre los leones africanos es escasa, lo que sugiere que todos los leones subsaharianos podrían ser considerados una única subespecie, posiblemente dividida en dos clados principales: uno al oeste del Gran Valle del Rift y el otro al este. Los leones de Tsavo, al este de Kenia, están mucho más próximos genéticamente hablando a los leones de Transvaal (Sudáfrica) que a los de los montes Aberdare del este de Kenia. Las razas massaica, somaliensis y rosevelti se incluyen en nubica. La raza nominal leo del noroeste de África y la raza melanochaitus de la región de El Cabo (Sudáfrica) se han extinguido.
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