Geringe morphologische Ungleichheit und verlangsamte Entwicklung der Gliedmaßengröße in der Nähe des Ursprungs der Vögel

Aug 30, 2023

Nature Ecology & Evolution (2023)Diesen Artikel zitieren

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Der Ursprung von Vögeln aus Theropodendinosauriern geht mit vielen Veränderungen in der Anatomie des Bewegungsapparats und den epidermalen Strukturen einher, einschließlich mehrerer Fälle von Konvergenz und homologiebezogenen Merkmalen, die zur Verfeinerung der Flugfähigkeit beitragen. Veränderungen der Größe und Proportionen der Gliedmaßen sind wichtig für die Fortbewegung (z. B. die Vorderbeine für den Vogelflug); Daher ist das Verständnis dieser Muster von zentraler Bedeutung für die Untersuchung des Übergangs von terrestrischen zu fliegenden Theropoden. Hier analysieren wir die Muster morphologischer Disparität und die Evolutionsrate appendikulärer Gliedmaßen entlang der Abstammungslinien des Vogelstamms mithilfe phylogenetischer Vergleichsansätze. Entgegen der traditionellen Meinung, dass eine evolutionäre Innovation wie das Fliegen die Evolutionsfähigkeit fördern und beschleunigen würde, zeigen unsere Ergebnisse eine Verschiebung zu geringer Disparität und verlangsamter Geschwindigkeit in der Nähe des Ursprungs der Avialane, die weitgehend auf die evolutionär eingeschränkten Vorderbeine zurückzuführen ist. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die natürliche Selektion Muster der Gliedmaßenentwicklung in der Nähe des Ursprungs der Avialane in einer Weise prägte, die möglicherweise den „Bauplan“ der geflügelten Vorderbeine widerspiegelt, der mit dem Motorflug verbunden ist.

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Wir danken RN Felice für seine Hilfe bei der Berechnung der Evolutionsraten in R. Diese Forschung wird von der National Natural Science Foundation of China (Nr. 42225201 und 42288201), dem Key Research Program of Frontier Sciences, der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (Nr. ZDBS-LY-DQC002) und der Tencent Foundation (über den XPLORER PRIZE).

Schlüssellabor für Wirbeltierentwicklung und menschlichen Ursprung, Institut für Wirbeltierpaläontologie und Paläoanthropologie, Chinesische Akademie der Wissenschaften, Peking, China

Min Wang & Zhonghe Zhou

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MW hat das Projekt konzipiert. MW und ZZ führten die Analysen durch und verfassten das Manuskript.

Korrespondenz mit Min Wang.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Nature Ecology & Evolution dankt Stephen Brusatte und Gregory Funston für ihren Beitrag zum Peer-Review dieser Arbeit.

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

Die aus der pPCA aller Gliedmaßen abgeleiteten ersten und dritten Hauptkomponenten (PCs) werden auf dem zeitkalibrierten Baum abgebildet. a, PC1 (=70,03 % Varianzen). b, PC3 (=6,7 % Varianzen).

Es werden die ersten drei Hauptkomponenten (PCs) verwendet, die aus pPCA der Vorderbeine abgeleitet sind. a, Binärdiagramm der PCs 1 und 2. b, Binärdiagramm der PCs 1 und 3.

Es werden die ersten drei Hauptkomponenten (PCs) verwendet, die aus pPCA der Hinterbeine stammen. a, Binärdiagramm der PCs 1 und 2. b, Binärdiagramm der PCs 1 und 3.

Die morphologische Disparität wird mithilfe von drei Metriken quantifiziert: a, Summe der Varianzen; b, mittlerer Abstand vom Schwerpunkt; c und Summe der Bereiche. Die dunklen und hellen Flächen geben die 50 %- bzw. 95 %-Konfidenzintervalle an.

a, Phylomorphospace der BI- und kruralen CI-Indizes unter Berücksichtigung der Phylogenie. b, c, Vergleich der Disparität zwischen drei Untergruppen unter Verwendung der Standardabweichungen von BI (b) bzw. CI (c) (Die Kästchen stellen den Median, das erste und das dritte Quartil der morphologischen Disparität dar; n = 109 Arten). Die morphologische Disparität wurde mithilfe des Welch-t-Tests auf statistische Signifikanz verglichen (****zweiseitiger p-Wert-Schwellenwert <0,05).

Die Evolutionsraten unterscheiden sich in allen paarweisen Vergleichen deutlich. Der mittlere Ratenskalar ist der Mittelwert der Ratenskalare, die in der Post-Burn-in-Posterior-Verteilung unter dem Evolutionsmodell mit variabler Rate berechnet wurden (die Kästchen stellen den Median, das erste und das dritte Quartil des mittleren Ratenskalars dar; n = 109 Arten). ). a, Alle appendikulären Elemente. b, Vorderbein. c, Hinterbein. Die Evolutionsrate zwischen den Untergruppen wurde mithilfe eines nichtparametrischen t-Tests auf statistische Signifikanz verglichen (****: p < 0,00005).

Evolutionäre Veränderungen des Brachialindex im zeitlich kalibrierten mesozoischen Theropodenbaum.

a, Branchenspezifische Evolutionsraten und Ratenverschiebungen (Branchenspezifische Evolutionsraten werden durch die Farbverläufe gekennzeichnet. Posterior-Wahrscheinlichkeiten von Ratenverschiebungen werden durch die relative Größe der grauen Dreiecke angezeigt). b, Vergleich der Evolutionsrate des Brachialindex zwischen Untergruppen (Die Kästchen stellen den Median, das erste und das dritte Quartil des Durchschnittsratenskalars dar; n = 109 Arten). Die Evolutionsraten unterscheiden sich in allen paarweisen Vergleichen deutlich, außer zwischen Avialae und nichtparavianen Theropoden.

Evolutionäre Veränderungen des Crural-Index im zeitlich kalibrierten mesozoischen Theropodenbaum.

a, Branchenspezifische Evolutionsraten und Ratenverschiebungen (Branchenspezifische Evolutionsraten werden durch die Farbverläufe gekennzeichnet. Posterior-Wahrscheinlichkeiten von Ratenverschiebungen werden durch die relative Größe der grauen Dreiecke angezeigt). b, Vergleich der Evolutionsrate des Brachialindex zwischen Untergruppen (Die Kästchen stellen den Median, das erste und das dritte Quartil des Durchschnittsratenskalars dar; n = 109 Arten). Die Evolutionsraten unterscheiden sich in allen paarweisen Vergleichen deutlich.

Ergänzende Abbildungen. 1–23 und Tabellen 1–11.

Liste der taxonomischen Stichproben.

Der R-Code, Rohdaten und Ergebnisse aus der Phylogenie, skaliert mit der „gleichen“ Methode und verschiedenen phylogenetischen Hypothesen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Wang, M., Zhou, Z. Geringe morphologische Ungleichheit und verlangsamte Geschwindigkeit der Entwicklung der Gliedmaßengröße in der Nähe des Ursprungs der Vögel. Nat Ecol Evol (2023). https://doi.org/10.1038/s41559-023-02091-z

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Eingegangen: 3. Februar 2023

Angenommen: 09. Mai 2023

Veröffentlicht: 05. Juni 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41559-023-02091-z

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