The ecological origin of snakes remains amongst the most controversial topics in evolution,
with three competing hypotheses: fossorial; marine; or terrestrial. Here we use a geometric
morphometric approach integrating ecological, phylogenetic, paleontological, and
developmental data for building models of skull shape and size evolution and developmental
rate changes in squamates. Our large-scale data reveal that whereas the most recent
common ancestor of crown snakes had a small skull with a shape undeniably adapted
for fossoriality, all snakes plus their sister group derive from a surface-terrestrial form with
non-fossorial behavior, thus redirecting the debate toward an underexplored evolutionary
scenario. Our comprehensive heterochrony analyses further indicate that snakes later
evolved novel craniofacial specializations through global acceleration of skull development.
These results highlight the importance of the interplay between natural selection and
developmental processes in snake origin and diversification, leading first to invasion of a new
habitat and then to subsequent ecological radiations.
Titre de l'article
Les origines écologiques des serpents révélées par l'évolution du crâne
Les origines écologiques des serpents révélées par l'évolution du crâne
Introduction à l'article
Les auteurs utilisent des approches géométriques de morphométrie en intégrant des données écologiques, phylogénétiques, paléontologiques et développementales pour construire des modèles d'évolution de la forme et taille du crâne, ainsi que de taux de changements développementaux chez les squamates.
Les auteurs utilisent des approches géométriques de morphométrie en intégrant des données écologiques, phylogénétiques, paléontologiques et développementales pour construire des modèles d'évolution de la forme et taille du crâne, ainsi que de taux de changements développementaux chez les squamates.
Expériences de l'article
Dans un premier temps les auteurs réalisent des scans en deux et trois dimensions de crânes de différents reptiles appartenant à l'ordre des squamates. Sur ces données ils font de la géométrie de morphométrie ainsi qu'une analyse multivariée (en composantes principales). A partir de ces résultats, ils analysent l'évolution de la forme et de la taille du crâne dans un contexte phylogénétique (en intégrant des données phylogénétiques dans l'analyse multivariée, résultant en un espace phylo-morphologique). Ensuite, pour l'origine écologique des serpents, les auteurs ont représenté les écologies spécifiques sur la distribution de la forme du crâne dans l'espace phylo-morphologique. Enfin, ils intègrent les données sur le développement des spécimens pour réaliser une analyse ontogénique.
Dans un premier temps les auteurs réalisent des scans en deux et trois dimensions de crânes de différents reptiles appartenant à l'ordre des squamates. Sur ces données ils font de la géométrie de morphométrie ainsi qu'une analyse multivariée (en composantes principales). A partir de ces résultats, ils analysent l'évolution de la forme et de la taille du crâne dans un contexte phylogénétique (en intégrant des données phylogénétiques dans l'analyse multivariée, résultant en un espace phylo-morphologique). Ensuite, pour l'origine écologique des serpents, les auteurs ont représenté les écologies spécifiques sur la distribution de la forme du crâne dans l'espace phylo-morphologique. Enfin, ils intègrent les données sur le développement des spécimens pour réaliser une analyse ontogénique.
Résultats de l'article
Un espace morphologique résulte de l'analyse multivariée. Les deux composantes principles PC1 et PC2, représentent plus de 60% de la variation de la forme du crâne. PC1 différencie clairement les lézards des serpents. En calquant la phylogénie sur l'espace morphologique, les auteurs montrent la position des crânes des deux principaux ancêtres communs au sein de l'espace morphologique (Fig. 1). Concernant l'origine écologique des serpents, les données montrent des différences de la forme du crâne entre groupes écologiques, ainsi qu'une influence significative de l'écologie sur la forme du crâne après avoir corrigé pour les biais phylogénétiques. Ils observent aussi une transition 'terrestre de surface vers fouisseur' entre l'ancêtre commun lézards-serpents et l'ancêtre commun des "vrais" serpents. Enfin, ils mettent en évidence que les innovations développementales sont liées à la diversification des clades, à l'exploitation de nouvelles écologies et aux stratégies d'alimentation.
Un espace morphologique résulte de l'analyse multivariée. Les deux composantes principles PC1 et PC2, représentent plus de 60% de la variation de la forme du crâne. PC1 différencie clairement les lézards des serpents. En calquant la phylogénie sur l'espace morphologique, les auteurs montrent la position des crânes des deux principaux ancêtres communs au sein de l'espace morphologique (Fig. 1). Concernant l'origine écologique des serpents, les données montrent des différences de la forme du crâne entre groupes écologiques, ainsi qu'une influence significative de l'écologie sur la forme du crâne après avoir corrigé pour les biais phylogénétiques. Ils observent aussi une transition 'terrestre de surface vers fouisseur' entre l'ancêtre commun lézards-serpents et l'ancêtre commun des "vrais" serpents. Enfin, ils mettent en évidence que les innovations développementales sont liées à la diversification des clades, à l'exploitation de nouvelles écologies et aux stratégies d'alimentation.
Rigueur de l'article
L'article sorti en 2018 rassemble des données issues de multiples domaines et les intègre dans une analyse rigoureuse et concrète. Ce travail fourni un nouveau cadre de travail pour l'origine et l'histoire évolutive des serpents qui peuvent être réfutées ou renforcées par des futures découvertes paléontologiques ainsi que par la dissection des mécanismes moléculaires et développementaux.
L'article sorti en 2018 rassemble des données issues de multiples domaines et les intègre dans une analyse rigoureuse et concrète. Ce travail fourni un nouveau cadre de travail pour l'origine et l'histoire évolutive des serpents qui peuvent être réfutées ou renforcées par des futures découvertes paléontologiques ainsi que par la dissection des mécanismes moléculaires et développementaux.
Ce que cet article apporte au débat
L'article, très récent, apporte une des visions les plus complètes sur l'origine écologique des serpents. Ils montrent que la transition lézard-serpent a dû se faire par un passage fouisseur. Cependant, les ancêtres communs au clade Toxicofera et aux serpents en général auraient eu un mode de vie terrestre mais sans comportement fouisseur. Néanmoins, ces résultats ne sont pas conclusifs et doivent être vérifiés par de futures études sur la phylogénie des squamates et sur les fossiles les plus anciens.
L'article, très récent, apporte une des visions les plus complètes sur l'origine écologique des serpents. Ils montrent que la transition lézard-serpent a dû se faire par un passage fouisseur. Cependant, les ancêtres communs au clade Toxicofera et aux serpents en général auraient eu un mode de vie terrestre mais sans comportement fouisseur. Néanmoins, ces résultats ne sont pas conclusifs et doivent être vérifiés par de futures études sur la phylogénie des squamates et sur les fossiles les plus anciens.
Figure
Fig. 1 : Origine et diversification de la forme du crâne chez les serpents. Espace phylo-morphologique créé en projetant la phylogénie des squamates sur l'espace morphologique, délimité par les deux premières composantes principales. Pour la clarté, seuls les spécimens Toxicofera sont représentés. Les estimations des caractères ancestraux pour chaque noeud interne ont été réalisés en utilisant du 'changement au carré de parcimonie', et la longueur des branches a été estimée à partir des temps de divergence. La position des fossiles de lézards et de serpents sont représentés par, respectivement, des carrés et des points bleus. Les noeuds ancestraux clés sont numérotés et colorés. La transition lézard-serpent estimée a eu lieu entre les noeuds 2 et 3 comme indiqué par la ligne noire en gras. Le cladogramme en bas à droite représente une version simplifiée de l'arbre phylogénétique des lignées majeures de Toxicofera et les noeuds ancestraux sont représentés dans l'espace phylo-morphologique.
Fig. 1 : Origine et diversification de la forme du crâne chez les serpents. Espace phylo-morphologique créé en projetant la phylogénie des squamates sur l'espace morphologique, délimité par les deux premières composantes principales. Pour la clarté, seuls les spécimens Toxicofera sont représentés. Les estimations des caractères ancestraux pour chaque noeud interne ont été réalisés en utilisant du 'changement au carré de parcimonie', et la longueur des branches a été estimée à partir des temps de divergence. La position des fossiles de lézards et de serpents sont représentés par, respectivement, des carrés et des points bleus. Les noeuds ancestraux clés sont numérotés et colorés. La transition lézard-serpent estimée a eu lieu entre les noeuds 2 et 3 comme indiqué par la ligne noire en gras. Le cladogramme en bas à droite représente une version simplifiée de l'arbre phylogénétique des lignées majeures de Toxicofera et les noeuds ancestraux sont représentés dans l'espace phylo-morphologique.
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