반추 동물 내이 모양은 3,500만 년의 중립 진화를 기록합니다

Nature Communications 13권, 기사 번호: 7222(2022) 이 기사 인용

6158 액세스

3 인용

91 알트메트릭

측정항목 세부정보

외적 요인과 내적 요인이 다양성에 영향을 미칩니다. 오랜 시간 규모에서 기후와 지질학의 외부 영향은 중요하지만 제대로 이해되지 않습니다. 여기에서는 반추 동물 우제류의 내이 형태를 사용하여 낮은 적응성 해부학적 구조와 외인성 및 내인성 변수 사이의 심층 상관 관계를 테스트합니다. 우리는 191개 반추 동물 종의 X선 컴퓨터 단층 촬영 데이터에 계통 발생 프레임의 기하학적 형태학적 분석을 적용합니다. 반추 동물 계통군에 걸친 대조 결과는 시간이 지남에 따라 중립적인 진화 과정이 내이 형태의 진화에 큰 영향을 미칠 수 있음을 보여줍니다. 현존하는 생태학적으로 다양한 계통군은 신생대의 지구 온도가 감소함에 따라 진화 속도를 증가시킵니다. 진화 속도는 새로운 대륙의 식민지화와 함께 정점에 이릅니다. 동시에, 생태학적으로 제한된 계통군은 감소하거나 변하지 않는 비율을 보여줍니다. 이러한 결과는 기후와 고생물학 모두 이질적인 환경을 생성하여 Cervidae와 Bovidae의 다양화를 촉진하고 반추동물의 진화에 대한 외적 및 내적 요인이 미치는 영향을 예시한다는 것을 시사합니다.

지구는 지난 4,500만 년 동안 지구 온도가 전반적으로 감소하는 추세를 겪었습니다1. 이로 인해 영구 극지방 만년설이 형성되었고, 이로 인해 기후대가 강화되어 광범위한 대륙 계절성과 건조화가 발생했습니다. 기후는 지구상 생명체의 분포와 다양성에 영향을 미치는 주요 요인이며 종분화와 멸종에 중요한 역할을 하며, 이는 대진화 또는 지질학적 시간 규모에서 가장 잘 인식됩니다2,3,4. 더욱이, 특히 지구 기온이 하강하는 기간의 기후 변동성은 환경 이질성을 유발하는 것으로 알려져 있으며 이에 따라 강력한 선택 요인이 됩니다. 변화하는 기후 조건 및 관련 구조적 활동(즉, 지역/지역에서 대륙 규모의 고지리학의 변화)에는 환경 변화, 자원 가용성 변경 및 서식지 단편화가 포함되며, 혁신이 발생할 수 있는 길을 닦고5 다양화 가능성을 제공합니다6. 이러한 영향의 예는 인간 진화의 지난 500만 년 동안 관찰될 수 있습니다7.

분류학적 다양성과 체질량은 오랜 시간 동안 포유류의 진화 속도와 다양화 에피소드를 추론하는 데 사용되는 주요 매개변수입니다(예: 참고문헌 8). 그러나 이러한 프록시에는 특히 신뢰할 수 있는 진화 속도를 결정하는 데 효과적이지 못하게 하는 심각한 단점이 있습니다. 체질량은 생태학적 요인과 밀접한 상관관계가 있는 것으로 알려진 매개변수입니다. 멸종된 분류군은 종종 단편적인 유물로만 대표되며 일반적으로 불연속적인 기록으로 인해 계통군의 전체 진화 역사를 추적하는 데 어려움을 겪습니다. 실제로 치아는 화석 기록에서 대부분 잘 보존되고 널리 분포되어 있으며 대규모 및 전체 계통군에 대해 다양화와 외부 요인 사이의 상관 관계를 확립할 수 있는 유일한 가능성 중 하나를 나타냅니다9. 그러나 이는 먹이 습관과 직접적으로 연관되어 있어 생태학적 가소성을 일으키기 쉽습니다. 계통군의 전체 진화를 조사하려면 시간이 지남에 따라 중립적으로 진화하는 구조에 초점을 맞춰야 합니다. 뼈 미로는 최근 진화 연구에서 주목을 받고 있는 해부학적 구조로, 종 간의 친족 관계(즉, 계통 발생)와 그에 따른 시간 경과에 따른 진화를 정확하게 반영하는 것으로 예비적으로 입증되었습니다10,11. 뼈미로는 포유류의 골격-치아계에서 치아 다음으로 가장 조밀한 단단한 조직인 추체뼈 내부에 빈 구조로 보존되어 있습니다. 따라서 그것은 화석 기록에 매우 잘 보존되어 있습니다. 가상 엔도캐스트, 암석 뼈 및 뼈 미로의 조립을 허용하는 CT 스캐닝 기술의 출현 이후 포유류 진화의 다양한 측면을 명확하게 하는 데 도움이 되었습니다. 중생대의 포유류 진화의 초기 단계12, 풍부한 형태학적 특성을 사용하여 재구성된 포유류 계통발생10,13,14 또는 아프리카에서 현대 인류의 진화와 분산11에서 그 예가 발견됩니다. 또한 청각과 균형을 위한 내이 기능은 동물과 환경 사이의 상호 작용에 매우 중요합니다. 그러나 데이터에 따르면 뼈 미로 형태는 서식지 유형 또는 운동 능력과 같은 생태학적, 생리학적 매개변수에 부분적으로만 의존할 수 있습니다. 주로 뼈 미로에 기록된 형태학적 신호는 계통 발생과 밀접한 관련이 있으며 중립 진화를 반영하는 것으로 간주됩니다. 이 형태학적 구조에 대한 낮은 선택 압력은 중요한 발달 제약 때문일 수 있습니다. 따라서 뼈 미로는 척추동물의 오랜 중립 진화를 조사하는 데 적절한 프록시가 될 수 있습니다.

0). Giraffomorphs have a very low diversity today with only two living genera restricted to African intertropical savannas and limited to subtropical forests. Despite a strong increase in global species diversity within crown Giraffidae during the Middle and Late Miocene, their rates of evolution decline after this period (Fig. 3). This concurs with a decrease of global temperatures and the extinction of stem giraffomorphs (palaeomerycoids and non-giraffid giraffoids), which testifies to a drop in morphological disparity due to the shrinking of their habitats. Biological factors must be postulated here. The less efficient longer gestation periods in giraffes may have accelerated the disappearance of these large ruminants25 within the context of global cooling. Moreover, diversification is known to slow down when a large part of a clade disappears48, accentuating the effect of evolutionary rate decrease. Both cervids and bovids benefited from the global temperature decline related to permanent polar glaciations through adaptation to more heterogeneous habitats and seasonal climates, which is reflected in the evolutionary rates of the bony labyrinth (β < 0; Fig. 3). In particular, increasing aridification related to the global cooling in Africa from the early Late Miocene onwards led to habitat heterogeneity, thus promoting an ecological opportunity for taxa through adaptive radiation and, ultimately, to the diversification of floras and faunas49. However, global temperatures alone cannot explain the huge increase in the evolutionary rate found in Cervidae during the Plio-Pleistocene (Δ AIC < 4 without any effect of smoothing parameters; Supplementary Data 1). Indeed, the last 3 million years experienced an explosion of cervid species diversity, especially in South America. During this time at least 19 extant species evolved regionally and which currently represent a third of total cervid species diversity. The interplay between a new ecological opportunity for North American deer, entering South America during the Great American Biotic Interchange50, and environmental heterogeneity fostered by the progressive strengthening of seasonality51, coincides with the accelerating rates of the bony labyrinth morphological evolution in cervids and their increase in taxonomic and morphological diversity documented over this short period. Bovids do also show an increase of their bony labyrinth evolutionary rates but to a lesser extent than cervids despite a higher taxonomical diversity today. Extrinsic factors involving the colonization of South America and an adaptive radiation may have been preponderant for cervids./p>

2.0.CO;2" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1666%2F0094-8373%282001%29027%3C0001%3AROABTP%3E2.0.CO%3B2" aria-label="Article reference 44" data-doi="10.1666/0094-8373(2001)0272.0.CO;2"Article Google Scholar /p>