Las reglas del desarrollo de los dientes alinean la microevolución con la macroevolución en primates actuales y extintos

Naturaleza, ecología y evolución (2023)Citar este artículo

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Los biólogos macroevolutivos han rechazado clásicamente la noción de que patrones de divergencia de nivel superior surgen a través de procesos microevolutivos que actúan dentro de las poblaciones. En el caso de la morfología, este consenso se deriva en parte de la incapacidad de los modelos genéticos cuantitativos para predecir correctamente el comportamiento de los procesos evolutivos a escala de millones de años. Se han propuesto estudios de desarrollo (evo-devo) para conciliar la micro y la macroevolución. Sin embargo, ha habido pocos avances en el establecimiento de un marco formal para aplicar modelos evo-devo de diversificación fenotípica. Aquí replanteamos este tema preguntándonos si el uso de modelos evo-devo para cuantificar la variación biológica puede mejorar el poder explicativo de los modelos comparativos, ayudándonos así a cerrar la brecha entre la micro y la macroevolución. Probamos esta predicción evaluando la evolución de los molares inferiores de los primates en un conjunto de datos completo densamente muestreado entre taxones vivos y extintos. Nuestros resultados sugieren que los morfoespacios biológicamente informados junto con los modelos genéticos cuantitativos permiten una transición perfecta entre las escalas micro y macro, mientras que los espacios biológicamente desinformados no lo hacen. Mostramos que el paisaje adaptativo para los dientes de los primates es similar a un corredor, siendo los cambios en la morfología dentro del corredor casi neutrales. En general, nuestro marco proporciona una base para integrar evo-devo en la síntesis moderna, permitiendo una forma operativa de evaluar las causas últimas de la macroevolución.

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Agradecemos a E. Delson y sus colegas por el acceso al conjunto de datos PRIMO49, a L. Godfrey y K. Samonds por el acceso a sus datos molares de estrepsirrina48, a MJ Plavcan por brindar acceso a una gran muestra de datos de mediciones dentales47, a G. Burin por fotografiar muestras en el Museo Británico de Historia Natural, G. Garbino por medir especímenes en el Museu de Zoologia João Moojen de la Universidade Federal de Viçosa, A. Kurylyuk y RM Rodin por proporcionar fotografías de especímenes raros de Microcebus y M. Surovy por brindar acceso a la Ejemplares del Museo de Historia Natural. FAM, JCU, VD y AS fueron financiados por NSF-DEB-1942717 para JCU. Agradecemos a V. Mitov por su ayuda en la creación de una versión rápida de PCMkappa, y a L. Hlusko, J. Jernvall y D. Moen y su laboratorio. por brindar comentarios y sugerencias que mejoraron enormemente este documento.

Departamento de Biología Integrativa, Universidad Estatal de Oklahoma, Stillwater, OK, EE. UU.

Fabio A. Machado

Departamento de Antropología, Stony Brook University, Stony Brook, Nueva York, EE. UU.

Carrie S. Mongle

Instituto de la Cuenca Turkana, Universidad Stony Brook, Stony Brook, Nueva York, EE. UU.

Carrie S. Mongle

Departamento de Ciencias Geofísicas, Universidad de Chicago, Chicago, IL, EE. UU.

Graham Slater y Anna Wisniewski

Departamento de Antropología, Universidad de Texas en San Antonio, San Antonio, TX, EE. UU.

Anna Pena

Departamento de Biología, Virginia Tech, Blacksburg, VA, EE. UU.

Anna Soffin y Josef C. Uyeda

Departamento de Antropología, Florida Atlantic University, Boca Raton, FL, EE. UU.

Víctor Dutra

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FAM, CSM y JCU conceptualizaron el proyecto. JCU reunió los fondos necesarios. FAM, CSM, AP, AS y VD recopilaron el conjunto de datos. AW y GS realizaron el análisis filogenético. FAM realizó análisis estadísticos y produjo el primer borrador. FAM, CSM, AP, AW, GS y JCU escribieron las siguientes versiones del borrador. Todos los autores aprobaron el último borrador.

Correspondencia a Fabio A. Machado.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Nature Ecology & Evolution agradece a Pauline Guenser y a los demás revisores anónimos por su contribución a la revisión por pares de este trabajo. Los informes de los revisores pares están disponibles.

Nota del editor Springer Nature se mantiene neutral con respecto a reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

El espacio-distancia se construyó a partir de la longitud mesiodistal (MD, vertical) y la anchura bucolingual (BL, horizontal) tomadas de cada molar. El Área-espacio se construyó estimando las áreas oclusales de cada molar como A=MDxBL. El espacio ICM se construyó calculando el tamaño relativo del área para m2 y m3 en relación con m1.

Valores BIC negativos para los modelos de mezcla gaussiana para distancias lineales, áreas y espacios ICM para diferentes números de conglomerados (i). EEV- Modelo elipsoidal con la misma forma, mismo volumen y diferentes orientaciones VEE- Modelo elipsoidal con la misma forma, diferentes volúmenes y misma orientación. Los valores más altos de BIC negativos sugieren el mejor modelo para cada morfoespacio.

Regímenes para diferentes ejecuciones de la búsqueda heurística del morfoespacio Distancia. Izquierda: Mejor modelo (Buscar 5). Derecha- Modelo compatible con el mejor modelo por zonas (Fig. 3 del texto principal).

Disparidades simuladas de regímenes específicos para el modelo de tres regímenes en morfoespacio. Los regímenes se describen en el texto principal y se ilustran en la Fig. 3.

Disparidad simulada (A) y señal filogenética (B) suponiendo el mejor modelo (OU) o un modelo de movimiento browniano (BM) con los mismos parámetros de velocidad que el mejor modelo de OU. Las elipses representan la matriz de covarianza de los valores de punta simulados y, por lo tanto, no representan ningún parámetro evolutivo (por ejemplo, Sigma, H, Omega, varianza estacionaria, etc.), sino las distribuciones fenotípicas de las puntas. Los puntos son promedios de especies observadas para comparar.

Vida media filogenética para proporciones de ICM (m2/m1 y m3/m1) y componentes del modelo ICM (gradiente de activación-inhibición y desviaciones del ICM). Los gráficos de violín representan la distribución de valores dentro del intervalo de confianza del 95% para el mejor modelo.

Las líneas negras representan la filogenia asignada a los valores de rasgos medidos (puntos negros) y las líneas doradas y los puntos dorados representan el óptimo evolutivo de cada rasgo.

Diferencias entre el enfoque de muestreo de Monte Carlo para generar covarianzas por áreas y la aproximación analítica. Los valores son iguales a la diferencia en el coeficiente de variación entre matrices. Las líneas horizontales dentro de los violines resaltan el intervalo del 95% para cada celda de la matriz. Las primeras tres entradas son cada varianza de área y las tres últimas son las covarianzas de área. El subíndice indica qué rasgo (varianzas) o rasgos (covarianzas) se están comparando.

Materiales y métodos complementarios, tablas 1 a 8, referencias y referencias de fuentes de datos.

Distancias, áreas y medidas ICM para especies de primates vivos y extintos.

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Machado, FA, Mangle, CS, Slater, G. et al. Las reglas del desarrollo de los dientes alinean la microevolución con la macroevolución en primates actuales y extintos. Nat Ecol Evol (2023). https://doi.org/10.1038/s41559-023-02167-w

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Recibido: 19 de agosto de 2022

Aceptado: 17 de julio de 2023

Publicado: 31 de agosto de 2023

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

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