ON THE ORIGIN OF SNAKES BASED ON GEOMETRIC MORPHOMETRICS: MORPHOLOGY, PALEONTOLOGY, PHYLOGENY, ECOLOGY, AND DEVELOPMENT.

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-7429-1
Title: ON THE ORIGIN OF SNAKES BASED ON GEOMETRIC MORPHOMETRICS: MORPHOLOGY, PALEONTOLOGY, PHYLOGENY, ECOLOGY, AND DEVELOPMENT.
Author: Oliveira da Silva, Filipe
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences
Doctoral Programme in Wildlife Biology
Institute of Biotechnology, University of Helsinki
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2021-08-20
Language: en
Belongs to series: YEB series 'Dissertationes Schola Doctoralis Scientiae Circumiectalis, Alimentariae, Biologicae' - URN:ISSN:2342-5431
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-7429-1
http://hdl.handle.net/10138/332694
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Snakes are intriguing organisms, yet their ancestral ecology and evolutionary history remained uncertain for centuries. This debate received renewed attention due to controversies about the interpretations of fossils, ecologies, and evolutionary relationships. Thus, new approaches were needed to investigate the early evolution of snakes. It is well-known that biological shape can be linked with certain functions and that the skull is an important ecological structure. So, it is relevant to investigate the skull shape to understand more details about the evolution and ecology of early snakes. In this dissertation, I investigated hundreds of skulls of lizards, snakes, and tuatara to address the ecological origin and radiation of snakes from lizards. I used cutting-edge geometric morphometrics (investigates the form of biological structures), comparative (uses phylogenetic trees), and multivariate analyses (takes higher biological complexity into consideration). I evaluated four hypotheses. i: skulls of lizards and snakes that dig in the soil and mostly live underground (fossorial) are more similar than expected under a neutral model of evolution; ii: skull shapes and ecologies are correlated, meaning that certain shapes are commonly associated with certain ecologies, which also allows us to predict the ecology of fossils and estimated ancestors based on the skull shape; iii: snakes evolved from either a fossorial, marine, or terrestrial ancestor; and iv: heterochrony - evolutionary changes due to changes in the rate and length of development - underlies the skull shape development and morphological innovation within and among snakes. I found that the skull shape of fossorial lizards and snakes are convergent, indicating that natural selection played an important role. I found a significant correlation between form and function or skull shape and ecology. In an analogy, this is like thinking about the different kinds of pans you have in your kitchen. The frying pan has a different shape in comparison to the boiling pot and you recognize their use based on their shape. I then estimate the shape of the ancestors and with high statistical confidence the ancestral ecology of snakes. Surprisingly, snakes most likely evolved from a terrestrial lizard-like ancestor. The earliest snake ancestor was most likely small and fossorial. Finally, heterochrony through acceleration in the skull shape development was detected in alethinophidian snakes, likely underlying the rise of evolutionary innovation and ecological radiation. All that said, this dissertation opened new avenues and approaches to investigate snake and vertebrate evolution in innovative ways that led to intelligible, plausible, and fruitful outcomes.Käärmeet ovat kiehtovia organismeja, mutta heidän esi-isänsä ekologia ja evoluutiohistoria pysyivät epävarmoina vuosisatojen ajan. Keskustelu sai uutta huomiota fossiilien, ekologioiden ja evoluutiosuhteiden tulkintaa koskevien kiistojen vuoksi. Tarvitsemme uusia lähestymistapoja käärmeiden varhaisen evoluution tutkimiseen. Tiedämme, että biologinen muoto voidaan yhdistää toimintoihin ja että kallo on tärkeä ekologinen rakenne. Tutkimalla kallojen muotoa saamme lisätietoja varhaiskäärmeiden evoluutiosta ja ekologiasta. Tässä väitöskirjassa tutkin satojen liskojen, käärmeiden ja tuatarojen kalloja käsitelläkseni käärmeiden ekologista alkuperää ja sopeutumislevittäytymistä liskoista käärmeiksi. Käytin huippuluokan geometrista morfometriaa (biologisten rakenteiden muoto), vertailevaa analyysiä (fylogeneettiset puut) ja monimuuttujaanalyysejä (biologisen monimutkaisuus). Arvioin neljää hypoteesia. i: maaperää kaivavien ja enimmäkseen maan alla elävien (fossoriaalisten) liskojen ja käärmeiden kallot ovat lähempänä toisiaan kuin odotettiin neutraalissa evoluutiomallissa; ii: kallon muodot ja ekologiat korreloivat, mikä tarkoittaa, että tietyt muodot liittyvät yleisesti tiettyihin ekologioihin, mikä antaa meille myös mahdollisuuden ennustaa fossiilien ja arvioitujen esi-isien ekologiaa kallon muodon perusteella; iii: käärmeet ovat kehittyneet joko fossoriaalisesta, merellisestä tai maanpäällisestä esi-isästä; ja iv: heterokronisuus - evoluutiomuutokset, jotka syntyvät muuttamalla kehityksen pituutta ja nopeutta - on käärmeiden pääkallon muodon kehityksen ja morfologisen innovaation taustalla. Huomasin, että fossoriaalisten liskojen ja käärmeiden kallon muoto on lähentynyt, mikä osoittaa luonnonvalinnan tärkeän roolin. Löysin merkittävän korrelaation muodon ja toiminnan tai kallon muodon ja ekologian välillä. Analogiana tälle korrelaatiolle toimii erimuotoisten kattiloiden ja pannujen rooli ruoanlaitossa. Paistinpannu ja kattila ovat eri muotoisia, koska niitä käytetään eri tavalla. Arvioin sitten esi-isien kallojen muodon ja käärmeiden esi-ekologian suurella tilastollisella varmuudella. Yllättäen, käärmeet todennäköisesti kehittyivät maanpäällisen liskon kaltaisesta esi-isästä. Varhaisin käärmeiden esi-isä oli todennäköisesti pieni ja fossoriaalinen. Lopuksi, alethinophidia-käärmeissä havaittiin heterokronisuutta (kiihtyvyys) kallon muodon kehityksessä, mikä todennäköisesti johti evoluutioinnovaation ja sopeutumislevittäytymisen nousuun. Tämä väitöskirja avasi uusia lähestymistapoja käärmeiden ja selkärankaisten evoluution tutkimiseen innovatiivisilla tavoilla, jotka johtivat ymmärrettäviin, uskottaviin ja hedelmällisiin tuloksiin.
Subject: evolutionary Developmental Biology
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
oliveira_da_silva_filipe_dissertation_2021.pdf 5.747Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record