Background:
The highly derived morphology and astounding diversity of snakes has long inspired debate regarding
the ecological and evolutionary origin of both the snake total-group (Pan-Serpentes) and crown snakes (Serpentes).
Although speculation abounds on the ecology, behavior, and provenance of the earliest snakes, a rigorous, clade-wide
analysis of snake origins has yet to be attempted, in part due to a dearth of adequate paleontological data on early
stem snakes. Here, we present the first comprehensive analytical reconstruction of the ancestor of crown snakes and
the ancestor of the snake total-group, as inferred using multiple methods of ancestral state reconstruction. We use a
combined-data approach that includes new information from the fossil record on extinct crown snakes, new data
on the anatomy of the stem snakes Najash rionegrina, Dinilysia patagonica, and Coniophis precedens, and a deeper
understanding of the distribution of phenotypic apomorphies among the major clades of fossil and Recent snakes.
Additionally, we infer time-calibrated phylogenies using both new ‘tip-dating’ and traditional node-based approaches,
providing new insights on temporal patterns in the early evolutionary history of snakes.
Results:
Comprehensive ancestral state reconstructions reveal that both the ancestor of crown snakes and the
ancestor of total-group snakes were nocturnal, widely foraging, non-constricting stealth hunters. They likely consumed
soft-bodied vertebrate and invertebrate prey that was subequal to head size, and occupied terrestrial settings in warm,
well-watered, and well-vegetated environments. The snake total-group – approximated by the Coniophis node – is
inferred to have originated on land during the middle Early Cretaceous (~128.5 Ma), with the crown-group following
about 20 million years later, during the Albian stage. Our inferred divergence dates provide strong evidence for a
major radiation of henophidian snake diversity in the wake of the Cretaceous-Paleogene (K-Pg) mass extinction,
clarifying the pattern and timing of the extant snake radiation. Although the snake crown-group most likely arose on
the supercontinent of Gondwana, our results suggest the possibility that the snake total-group originated on Laurasia.
Conclusions:
Our study provides new insights into when, where, and how snakes originated, and presents the most
complete picture of the early evolution of snakes to date. More broadly, we demonstrate the striking influence of
including fossils and phenotypic data in combined analyses aimed at both phylogenetic topology inference and
ancestral state reconstruction.
Keywords: Serpentes, Phylogeny, Ancestral state reconstruction, Divergence time estimation, Combined analysis,
Fossil tip-dating
Titre de l'article
L'origine des serpents : révéler l'écologie, le comportement et l'histoire évolutive des premiers serpents en utilisant la génomique, la phénomique et les archives fossiles
L'origine des serpents : révéler l'écologie, le comportement et l'histoire évolutive des premiers serpents en utilisant la génomique, la phénomique et les archives fossiles
Introduction à l'article
Les auteurs de l'article construisent quatre phylogénies différentes qui décrivent les positions des serpents au sein des squamates. A partir de ces différentes phylogénies ils reconstruisent les caractères ancestraux du groupe complet des serpents (Pan-serpentes, qui inclut les fossiles les plus anciens) et du clade Serpentes qui regroupe seulement les Scolecophidiens et les Alethinophidiens. Grâce à la reconstruction des états ancestraux, les auteurs sont capables d'inférer l'écologie, le comportement et l'origine géographique des deux ancêtres des clades Pan-serpentes et Serpentes. De plus, ils infèrent le temps de divergence des deux groupes. Ainsi, ils révèlent une image très claire du début de l'évolution des serpents, en mettant à la lumière leurs origines écologique, comportementale, biogéographique et macroévolutive.
Les auteurs de l'article construisent quatre phylogénies différentes qui décrivent les positions des serpents au sein des squamates. A partir de ces différentes phylogénies ils reconstruisent les caractères ancestraux du groupe complet des serpents (Pan-serpentes, qui inclut les fossiles les plus anciens) et du clade Serpentes qui regroupe seulement les Scolecophidiens et les Alethinophidiens. Grâce à la reconstruction des états ancestraux, les auteurs sont capables d'inférer l'écologie, le comportement et l'origine géographique des deux ancêtres des clades Pan-serpentes et Serpentes. De plus, ils infèrent le temps de divergence des deux groupes. Ainsi, ils révèlent une image très claire du début de l'évolution des serpents, en mettant à la lumière leurs origines écologique, comportementale, biogéographique et macroévolutive.
Expériences de l'article
Les auteurs reconstruisent quatre arbres phylogénétiques à partir de: 1) données phénotypiques, 2) données génétiques, 3) données phénotypiques et génétiques combinées, sans contraintes topologiques et 4) données phénotypiques et génétiques combinées, avec des contraintes topologiques. Ensuite ils réalisent une reconstruction de 11 caractères ancestraux grâce à différents cadres de travail : parcimonie, maximum de vraissemblance et bayésien. Ceci pour les ancêtres communs les plus récents des groupes Pan-serpentes et Serpentes. De plus, une reconstruction biogéographique est réalisée grâce à la méthode biogéographique "Lagrange". Enfin, ils estiment les temps de divergence en utilisant les arbres phylogénétiques 2,3 et 4.
Les auteurs reconstruisent quatre arbres phylogénétiques à partir de: 1) données phénotypiques, 2) données génétiques, 3) données phénotypiques et génétiques combinées, sans contraintes topologiques et 4) données phénotypiques et génétiques combinées, avec des contraintes topologiques. Ensuite ils réalisent une reconstruction de 11 caractères ancestraux grâce à différents cadres de travail : parcimonie, maximum de vraissemblance et bayésien. Ceci pour les ancêtres communs les plus récents des groupes Pan-serpentes et Serpentes. De plus, une reconstruction biogéographique est réalisée grâce à la méthode biogéographique "Lagrange". Enfin, ils estiment les temps de divergence en utilisant les arbres phylogénétiques 2,3 et 4.
Résultats de l'article
Les deux ancêtres de Pan-serpentes et Serpentes ont été reconstruits sans ambiguïté par toutes les méthodes et dans tous les arbres comme des serpents terrestres, ce qui supporte l'hypothèse que les serpents sont apparus sur terre plutôt que dans la mer. De plus, l'inférence sur les habitudes ne permet pas de différencier entre fouisseur et terrestre strict, et les deux sont donc possibles. Les deux ancêtres communs ont été inférés comme des serpents vivant dans des environnements chauds, humides et comprenant beaucoup de végétation (tropicaux ou subtropicaux). Ils étaient nocturnes et probablement des prédateurs furtifs largement à la recherche de nourriture, chassant des proies légères de taille inférieure à leur tête.
Les auteurs montrent une provenance de Pan-serpentes en Laurasie il y a environ 128.5 Ma et une provenance du Gondwana pour Serpentes il y a environ 110.3 Ma.
Les deux ancêtres de Pan-serpentes et Serpentes ont été reconstruits sans ambiguïté par toutes les méthodes et dans tous les arbres comme des serpents terrestres, ce qui supporte l'hypothèse que les serpents sont apparus sur terre plutôt que dans la mer. De plus, l'inférence sur les habitudes ne permet pas de différencier entre fouisseur et terrestre strict, et les deux sont donc possibles. Les deux ancêtres communs ont été inférés comme des serpents vivant dans des environnements chauds, humides et comprenant beaucoup de végétation (tropicaux ou subtropicaux). Ils étaient nocturnes et probablement des prédateurs furtifs largement à la recherche de nourriture, chassant des proies légères de taille inférieure à leur tête.
Les auteurs montrent une provenance de Pan-serpentes en Laurasie il y a environ 128.5 Ma et une provenance du Gondwana pour Serpentes il y a environ 110.3 Ma.
Rigueur de l'article
L'article est très rigoureux dans la manière de procéder, et représente beaucoup de travail pour aboutir à ces conclusions. Les nombreuses incertitudes au niveau des inférences ne peuvent être attribuées que à un manque d'information au niveau des fossiles et à certaines méthodes comme "Lagrange" qui ont du mal à donner des résultats non-ambigus. Pour le reste il semble que leurs inférences tiennent la route.
L'article est très rigoureux dans la manière de procéder, et représente beaucoup de travail pour aboutir à ces conclusions. Les nombreuses incertitudes au niveau des inférences ne peuvent être attribuées que à un manque d'information au niveau des fossiles et à certaines méthodes comme "Lagrange" qui ont du mal à donner des résultats non-ambigus. Pour le reste il semble que leurs inférences tiennent la route.
Ce que cet article apporte au débat
Cet article apporte au débat une vision assez claire de l'origine, le mode de vie et le comportement de l'ancêtre commun des serpents. Il supporte l'hypothèse terrestre de l'origine écologique des serpents, avec des habitudes semi-fouisseuses et une stratégie de chasse semblable à celle des serpents contemporains.
Cet article apporte au débat une vision assez claire de l'origine, le mode de vie et le comportement de l'ancêtre commun des serpents. Il supporte l'hypothèse terrestre de l'origine écologique des serpents, avec des habitudes semi-fouisseuses et une stratégie de chasse semblable à celle des serpents contemporains.
Figure
Reconstruction de l'ancêtre commun de Serpentes, basé sur cette étude. Illustration par Julius Csotonyi.
Reconstruction de l'ancêtre commun de Serpentes, basé sur cette étude. Illustration par Julius Csotonyi.
Dernière modification il y a plus de 7 ans.