Macroevolutionary patterns in a global radiation : convergence and diversification of Ctenohystrica rodents

Abstract

The independent evolution of similar morphologies is one of the most remarkable patterns in the Tree of Life. Lineages that have evolved to become more similar to each other than to their ancestors are defined as convergent. Convergence among lineages can result from selective pressures associated with similar ecological functions. Thus, investigating convergence can help reveal the ecological factors that catalyze or constrain phenotypic diversification within a radiation. In this thesis, we investigated patterns of convergence, lineage diversification, and morphological evolution in the Ctenohystrica rodents across multiple continents during their radiation. The first two chapters examined the role of convergent evolution in shaping cranial and postcranial phenotypes in Ctenohystrica rodents, elucidating the role of adaptation in morphological evolution within species. In the third chapter, we investigated whether the patterns of lineage diversification and phenotypic disparity in Ctenohystrica are coupled with each other. To achieve this, we quantified the morphology of over three thousand individuals for the skull and mandible and over six hundred individuals for the postcranial elements (scapula and pelvis), investigating interspecific morphofunctional variations. In addition to utilizing the largest compiled dataset of morphological data for this clade, this thesis employed an integrative approach, combining geometric morphometrics and state-of-the-art comparative phylogenetic methods to investigate convergence and lineage diversification patterns. The original contributions of this dissertation were: (i) revealing that the evolutionary radiation of Ctenohystrica rodents was largely driven by convergent evolution; (ii) demonstrating that locomotor habit is a catalyst for phenotypic disparity among lineages; (iii) identifying that subterranean, semiaquatic, and arboreal rodents exhibited the most evident signs of convergence in both the cranial and postcranial regions, indicating intense selective pressure; (iv) revealing that the accumulation of species diversity is overall decoupled from the accumulation of morphological disparity; and (v) demonstrating that rates of speciation and rates of skull and mandible shape evolution were faster in subterranean and fossorial species compared to other lifestyles. Overall, this dissertation contributes to understanding the causes of diversification and morphological variation in Ctenohystrica rodents. These findings also contributes to our understanding of the role of adaptation in phenotypic evolution on a macroevolutionary scale and adds to the growing evidence that convergent evolution was prevalent in mammalian radiations.

A evolução independente de morfologias semelhantes é um dos padrões mais incríveis ao longo da evolução dos seres vivos. Linhagens que evoluíram para se tornar mais semelhantes entre si do que com os seus ancestrais são definidas como convergentes. Convergência entre linhagens pode resultar de pressões seletivas associadas a funções ecológicas semelhantes. Desta forma, investigar a convergência pode ajudar a revelar os fatores ecológicos que catalisam ou limitam a diversificação fenotípica em uma radiação. Nesta tese, foram investigados os padrões de convergência, diversificação de linhagens e evolução morfológica dos roedores Ctenohystrica, durante sua radiação por diversos continentes. Nos primeiros dois capítulos, foi investigado o papel da evolução convergente em moldar os fenótipos refletidos no crânio e pós-crânio dos roedores Ctenohystrica, permitindo determinar o papel da adaptação na evolução morfológica das espécies. E no terceiro capítulo, foi investigado se os padrões de diversificação de linhagens e disparidade fenotípica estão associados ao longo da radiação do grupo. Para isso, foi quantificada a morfologia de mais de três mil indivíduos para o crânio e mandíbula, e de mais de seiscentos indivíduos para o pós-crânio (escápula e pélvis), e foram investigadas as variações morfo-funcionais a nível interespecífico. Além de utilizar o maior conjunto de dados morfológicos já compilado para este clado, essa tese também utilizou uma abordagem integrativa, mesclando metodologias de morfometria geométrica e os mais recentes métodos filogenéticos comparativos para investigar os padrões de convergência e diversificação das linhagens. As contribuições originais desta tese foram: (i) revelar que a radiação evolutiva dos roedores Ctenohystrica foi guiada em grande parte pela evolução convergente; (ii) demonstrar que o hábito locomotor é um catalisador da disparidade fenotípica entre as linhagens; (iii) apontar que os roedores de hábitos subterrâneo, semiaquático, e arborícola e apresentaram os sinais mais evidentes de convergência refletido tanto no crânio como no pós-crânio, revelando uma grande pressão de seleção; (iv) relevar que a taxa de acumulação de espécies não está associada a taxa de acumulação de variação fenotípica; e (v) apontar que roedores de hábito subterrâneo apresentaram taxas mais altas de especiação e disparidade. De modo geral, foram obtidas contribuições relevantes para conhecer as causas da diversificação e variação morfológica dos roedores Ctenohystrica. Essas descobertas não apenas contribuem para a nossa compreensão do papel da adaptação na evolução fenotípica em uma escala macroevolutiva, mas também se somam às evidências crescentes de que a evolução convergente foi prevalente na radiação dos mamíferos.