Regeln der Zahnentwicklung bringen die Mikroevolution mit der Makroevolution bei heute lebenden und ausgestorbenen Primaten in Einklang

Nature Ecology & Evolution (2023)Diesen Artikel zitieren

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Makroevolutionäre Biologen haben die Vorstellung, dass übergeordnete Divergenzmuster durch mikroevolutionäre Prozesse innerhalb von Populationen entstehen, klassischerweise abgelehnt. In Bezug auf die Morphologie ist dieser Konsens teilweise darauf zurückzuführen, dass quantitative genetische Modelle nicht in der Lage sind, das Verhalten evolutionärer Prozesse im Maßstab von Millionen von Jahren korrekt vorherzusagen. Entwicklungsstudien (evo-devo) wurden vorgeschlagen, um Mikro- und Makroevolution in Einklang zu bringen. Bei der Etablierung eines formalen Rahmens für die Anwendung von Evo-Devo-Modellen der phänotypischen Diversifizierung wurden jedoch kaum Fortschritte erzielt. Hier formulieren wir dieses Thema neu, indem wir fragen, ob die Verwendung von Evo-Devo-Modellen zur Quantifizierung biologischer Variation die Erklärungskraft von Vergleichsmodellen verbessern und uns so dabei helfen kann, die Lücke zwischen Mikro- und Makroevolution zu schließen. Wir testen diese Vorhersage, indem wir die Entwicklung der unteren Backenzähne von Primaten in einem umfassenden Datensatz auswerten, der dichte Stichproben aus lebenden und ausgestorbenen Taxa enthält. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass biologisch informierte Morphoräume neben quantitativen genetischen Modellen einen nahtlosen Übergang zwischen der Mikro- und Makroskala ermöglichen, biologisch uninformierte Räume hingegen nicht. Wir zeigen, dass die adaptive Landschaft für Primatenzähne korridorartig ist, wobei Veränderungen in der Morphologie innerhalb des Korridors nahezu neutral sind. Insgesamt bietet unser Framework eine Grundlage für die Integration von Evo-Devo in die moderne Synthese und ermöglicht eine operative Möglichkeit zur Bewertung der letztendlichen Ursachen der Makroevolution.

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Alle im Rahmen dieser Studie analysierten Daten sind in den Zusatzdaten enthalten.

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Referenzen herunterladen

Wir danken E. Delson und Kollegen für den Zugriff auf den PRIMO-Datensatz49, L. Godfrey und K. Samonds für den Zugriff auf ihre Strepsirrhine-Molarendaten48, MJ Plavcan für den Zugriff auf eine große Stichprobe zahnmedizinischer Messdaten47 und G. Burin für das Fotografieren von Proben das British Museum of Natural History, G. Garbino für die Vermessung von Exemplaren im Museu de Zoologia João Moojen von der Universidade Federal de Viçosa, A. Kurylyuk und RM Rodin für die Bereitstellung von Fotografien seltener Microcebus-Exemplare und M. Surovy für die Bereitstellung des Zugangs zum American Museum für naturhistorische Exemplare. FAM, JCU, VD und AS wurden von NSF-DEB-1942717 an JCU finanziert. Wir danken V. Mitov für seine Hilfe bei der Erstellung einer schnellen Version des PCMkappa sowie L. Hlusko, J. Jernvall und D. Moen und seinem Labor für Ihr Feedback und Ihre Vorschläge, die dieses Dokument erheblich verbessert haben.

Abteilung für Integrative Biologie, Oklahoma State University, Stillwater, OK, USA

Fabio A. Machado

Abteilung für Anthropologie, Stony Brook University, Stony Brook, NY, USA

Carrie S. Mongle

Turkana Basin Institute, Stony Brook University, Stony Brook, NY, USA

Carrie S. Mongle

Abteilung für Geophysikalische Wissenschaften, University of Chicago, Chicago, IL, USA

Graham Slater & Anna Wisniewski

Abteilung für Anthropologie, University of Texas at San Antonio, San Antonio, TX, USA

Anna Penna

Abteilung für Biologie, Virginia Tech, Blacksburg, VA, USA

Anna Soffin & Josef C. Uyeda

Abteilung für Anthropologie, Florida Atlantic University, Boca Raton, FL, USA

Victor Dutra

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FAM, CSM und JCU konzipierten das Projekt. Die JCU sammelte die notwendigen Mittel. FAM, CSM, AP, AS und VD haben den Datensatz gesammelt. AW und GS führten die phylogenetische Analyse durch. FAM führte eine statistische Analyse durch und erstellte den ersten Entwurf. FAM, CSM, AP, AW, GS und JCU haben die folgenden Versionen des Entwurfs verfasst. Alle Autoren stimmten dem letzten Entwurf zu.

Korrespondenz mit Fabio A. Machado.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Nature Ecology & Evolution dankt Pauline Guenser und den anderen, anonymen Gutachtern für ihren Beitrag zum Peer-Review dieser Arbeit. Peer-Reviewer-Berichte sind verfügbar.

Anmerkung des Herausgebers Springer Nature bleibt hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten neutral.

Der Abstandsraum wurde auf der mesiodistalen Länge (MD, vertikal) und der bukkolingualen Breite (BL, horizontal) jedes Molaren erstellt. Der Flächenraum wurde durch Schätzung der okklusalen Flächen jedes Molaren als A=MDxBL erstellt. Der ICM-Raum wurde durch Berechnung der relativen Flächengröße für m2 und m3 im Verhältnis zu m1 erstellt.

Negative BIC-Werte für die Gaußschen Mischungsmodelle für die linearen Abstände, Flächen und ICM-Räume für unterschiedliche Anzahlen von Clustern (i). EEV – Ellipsoidmodell mit gleicher Form, gleichem Volumen und unterschiedlicher Ausrichtung. VEE – Elipsoidmodell mit gleicher Form, unterschiedlichem Volumen und gleicher Ausrichtung. Höhere Werte des negativen BIC legen das beste Modell für jeden Morphoraum nahe.

Regime für verschiedene Durchläufe der heuristischen Suche für den Distanzmorphoraum. Links – Bestes Modell (Suche 5). Rechts: Modell kompatibel mit dem besten Modell für Gebiete (Abb. 3 im Haupttext).

Simulierte Regime-spezifische Disparitäten für das Drei-Regime-Modell im Morphospace. Die Regime werden im Haupttext beschrieben und in Abb. 3 dargestellt.

Simulierte Disparität (A) und phylogenetisches Signal (B) unter der Annahme des besten Modells (OU) oder eines Brownschen Bewegungsmodells (BM) mit denselben Ratenparametern wie das beste OU-Modell. Ellipsen stellen die Kovarianzmatrix der simulierten Spitzenwerte dar und stellen somit keinen evolutionären Parameter dar (z. B. Sigma, H, Omega, stationäre Varianz usw.), sondern die phänotypischen Verteilungen der Spitzen. Die Punkte sind beobachtete Artendurchschnitte zum Vergleich.

Phylogenetische Halbwertszeit für ICM-Verhältnisse (m2/m1 und m3/m1) und Komponenten des ICM-Modells (Aktivierungs-Inhibitionsgradient und Abweichungen vom ICM). Violindiagramme stellen die Verteilung der Werte innerhalb des 95 %-Konfidenzintervalls für das beste Modell dar.

Schwarze Linien stellen die Phylogenie dar, die den gemessenen Merkmalswerten zugeordnet ist (schwarze Punkte), und goldene Linien und goldene Punkte stellen das evolutionäre Optimum jedes Merkmals dar.

Unterschiede zwischen dem Monte-Carlo-Stichprobenansatz zur Generierung von Kovarianzen für Flächen und der analytischen Näherung. Die Werte entsprechen der Differenz der Variationskoeffizienten zwischen den Matrizen. Horizontale Linien innerhalb der Geigen heben das 95 %-Intervall für jede Matrixzelle hervor. Die ersten drei Einträge sind die jeweiligen Flächenvarianzen und die letzten drei sind die Flächenkovarianzen. Der Index gibt an, welches Merkmal (Varianzen) oder welche Merkmale (Kovarianzen) verglichen werden.

Ergänzende Materialien und Methoden, Tabellen 1–8, Referenzen und Datenquellenreferenzen.

Entfernungen, Flächen und ICM-Messungen für lebende und ausgestorbene Primatenarten.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Machado, FA, Mongle, CS, Slater, G. et al. Regeln der Zahnentwicklung bringen die Mikroevolution mit der Makroevolution bei heute lebenden und ausgestorbenen Primaten in Einklang. Nat Ecol Evol (2023). https://doi.org/10.1038/s41559-023-02167-w

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Eingegangen: 19. August 2022

Angenommen: 17. Juli 2023

Veröffentlicht: 31. August 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41559-023-02167-w

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