O formato da orelha interna dos ruminantes registra 35 milhões de anos de evolução neutra

Nature Communications volume 13, Número do artigo: 7222 (2022) Citar este artigo

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Fatores extrínsecos e intrínsecos impactam a diversidade. Em escalas de tempo profundo, o impacto extrínseco do clima e da geologia é crucial, mas pouco compreendido. Aqui, usamos a morfologia da orelha interna de artiodáctilos ruminantes para testar uma correlação de tempo profundo entre uma estrutura anatômica adaptativa baixa e variáveis ​​extrínsecas e intrínsecas. Aplicamos análises morfométricas geométricas em um quadro filogenético a dados tomográficos computadorizados de raios-X de 191 espécies de ruminantes. Resultados contrastantes entre clados de ruminantes mostram que processos evolutivos neutros ao longo do tempo podem influenciar fortemente a evolução da morfologia da orelha interna. Os clados existentes e ecologicamente diversificados aumentam sua taxa evolutiva com a diminuição das temperaturas globais cenozóicas. A taxa evolutiva atinge o pico com a colonização de novos continentes. Simultaneamente, clados ecologicamente restritos mostram taxas em declínio ou inalteradas. Esses resultados sugerem que tanto o clima quanto a paleogeografia produziram ambientes heterogêneos, o que provavelmente facilitou a diversificação de Cervidae e Bovidae e exemplifica o efeito de fatores extrínsecos e intrínsecos na evolução de ruminantes.

A Terra passou por uma tendência geral de declínio nas temperaturas globais nos últimos 45 milhões de anos1. Isso levou ao estabelecimento de calotas polares permanentes, que fortaleceram os cinturões climáticos, levando a uma sazonalidade e aridez continentais generalizadas. O clima é um fator importante que influencia a distribuição e a diversidade da vida no planeta e desempenha um papel fundamental na especiação e extinção, melhor reconhecido em escalas de tempo macroevolutivas ou geológicas2,3,4. Além disso, a variabilidade climática, em particular em períodos de declínio das temperaturas globais, é conhecida por induzir a heterogeneidade ambiental e é, portanto, um forte fator de seleção. Condições climáticas em mudança e atividades tectônicas relacionadas (ou seja, mudanças na paleogeografia local/regional para escala continental) envolvem mudanças ambientais, modificação na disponibilidade de recursos e fragmentação de habitat, abrindo caminho para que surjam inovações5 e ofereçam potencial para diversificação6. Um exemplo dessa influência pode ser observado ao longo dos últimos 5 milhões de anos da evolução humana7.

Diversidade taxonômica e massa corporal são os principais parâmetros usados ​​para inferir taxas evolutivas e episódios de diversificação em mamíferos em tempo profundo (por exemplo, ref. 8,). No entanto, esses proxies têm desvantagens significativas que os impedem de serem eficazes, especialmente para determinar taxas evolutivas confiáveis. A massa corporal é um parâmetro conhecido por estar fortemente correlacionado com fatores ecológicos. Táxons extintos são frequentemente representados apenas por restos fragmentários, com um registro geralmente descontínuo, levando a dificuldades em traçar toda a história evolutiva de um clado. De fato, os dentes estão bem preservados e amplamente distribuídos no registro fóssil e representam uma das únicas possibilidades de estabelecer correlação entre diversificação e fatores extrínsecos em grandes escalas e para clados inteiros9. No entanto, eles também estão diretamente ligados aos hábitos alimentares, tornando-os propensos à plasticidade ecológica. Investigar toda a evolução de um clado requer focar em uma estrutura que evolui de forma neutra ao longo do tempo. O labirinto ósseo é uma estrutura anatômica que tem recebido atenção recentemente em pesquisas evolutivas e preliminarmente comprovada para refletir com precisão o parentesco (ou seja, filogenia) entre as espécies — e, portanto, sua evolução ao longo do tempo10,11. O labirinto ósseo é preservado como uma estrutura oca dentro do osso petroso, que é o tecido duro mais denso do sistema esqueleto-dental dos mamíferos depois dos dentes. Assim, preserva-se extraordinariamente bem no registro fóssil. Desde o advento das técnicas de tomografia computadorizada, permitindo a montagem de um endocast virtual, o osso petroso e o labirinto ósseo ajudaram a esclarecer vários aspectos da evolução dos mamíferos. Exemplos são encontrados nos primeiros passos da evolução dos mamíferos no Mesozóico12, a filogenia dos mamíferos reconstruída usando a riqueza de caracteres morfológicos que eles podem produzir10,13,14, ou a evolução e dispersão dos humanos modernos da África11. Além disso, as funções do ouvido interno para audição e equilíbrio são críticas na interação entre e dentro dos animais e seus ambientes. No entanto, os dados mostram que a morfologia do labirinto ósseo pode depender apenas parcialmente de parâmetros ecológicos e fisiológicos, como tipo de habitat15,16 ou capacidade de locomoção17,18. Predominantemente, o sinal morfológico registrado no labirinto ósseo está fortemente relacionado à filogenia10,19 e é considerado um reflexo da evolução neutra20. A baixa pressão de seleção nesta estrutura morfológica pode ser devido às suas importantes restrições de desenvolvimento10. O labirinto ósseo pode, portanto, ser um proxy apropriado para investigar a evolução neutra em tempo profundo em vertebrados.