ABSTRACT
Understanding the factors that influence morphological evolution is a major goal in biology. One such factor is the ability to acquire and process prey. Prey hardness and evasiveness are important properties that can impact evolution of the jaws. Similar diets and biomechanical systems have repeatedly evolved among fish lineages, providing an opportunity to test for shared patterns of evolution across distantly related organisms. Four-bar linkages are structures often used by animals to transmit force and motion during feeding and that provide an excellent system to understand the impact of diet on morphological and biomechanical evolution. Here, we tested how diet influences the evolutionary dynamics of the oral four-bar linkage system in wrasses (Family: Labridae) and cichlids (Family: Cichlidae). We found that shifts in prey hardness/evasiveness are associated with limited modifications in four-bar geometry across these two distantly related fish lineages. Wrasse and cichlid four-bar systems largely exhibit many-to-one mapping in response to dietary shifts. Across two iconic adaptive radiations of fish, an optimal four-bar geometry has largely been co-opted for different dietary functions during their extensive ecological diversification. Given the exceptional jaw diversity of both lineages, many-to-one mapping of morphology to mechanical properties may be a core feature of fish adaptive radiation.
Entender los factores que influyen en la evolución morfológica es un objetivo principal en biología. Uno de esos factores es la capacidad para atrapar y procesar presas. La dureza y evasividad de las presas son propiedades importantes que pueden impactar la evolución de las mandíbulas. Dietas y sistemas biomecánicos similares han evolucionado repetidamente entre linajes de peces, proporcionando una oportunidad para evaluar patrones evolutivos compartidos entre organismos lejanamente emparentados. Los mecanismos de cuatro barras en animales, usados usualmente para transmitir fuerza y movilidad durante la alimentación, proveen un sistema excelente para entender el efecto de la dieta en la evolución morfológica y biomecánica. Aquí, evaluamos cómo la dieta influye en las dinámicas evolutivas del mecanismo oral de cuatro barras en lábridos (Familia: Labridae) y cíclidos (Familia: Cichlidae). Encontramos que los cambios en la dureza y evasividad de las presas están asociados con modificaciones limitadas de la geometría de las cuatro barras entre esos dos linajes de peces lejanamente emparentados. Los mecanismos de cuatro barras de los lábridos y cíclidos muestran en gran medida diferentes estructuras que conducen a un mismo resultado funcional en respuesta a cambios de dieta. A lo largo de dos radiaciones adaptativas icónicas de peces, una geometría óptima de cuatro barras ha sido en gran medida adaptada para diferentes funciones dietéticas durante una diversificación ecológica extensa. Dada la excepcional diversidad de mandíbulas en ambos linajes, estructuras que conducen a un mismo resultado en morfología y propiedades mecánicas podrían ser características esenciales durante la radiación adaptativa de peces.Translated by Saúl Dominguez-Guerrero, Postdoctoral Associate- Yale University.
Comprendre les facteurs qui influencent l'évolution morphologique est un objectif majeur en biologie. L'un de ces facteurs est la capacité d'acquérir et de traiter des proies. La dureté et le caractère évasif des proies sont des propriétés importantes qui peuvent avoir un impact sur l'évolution des mâchoires. Des régimes alimentaires et des systèmes biomécaniques similaires ont évolué à plusieurs reprises parmi les lignées de poissons, offrant ainsi l'occasion de tester des modèles d'évolution partagés entre des organismes éloignés. Les liaisons à quatre barres sont des structures souvent utilisées par les animaux pour transmettre la force et le mouvement pendant l'alimentation, et qui constituent un excellent système pour comprendre l'impact du régime alimentaire sur l'évolution morphologique et biomécanique. Ici, nous avons testé comment le régime alimentaire influence la dynamique évolutive du système de liaison orale à quatre barres chez les labres (famille : Labridae) et les cichlidés (famille : Cichlidae). Nous avons constaté que les changements dans la dureté/le caractère évasif des proies sont associés à des modifications limitées de la géométrie à quatre barres dans ces deux lignées de poissons éloignées. Les systèmes à quatre barres de labres et de cichlidés présentent en grande partie une cartographie plusieurs-à-un en réponse aux changementsde régime alimentaire. Pour deux radiations adaptatives emblématiques de poissons, une géométrie optimale à quatre barres a été largement adoptée pour différentes fonctions alimentaires au cours de leur vaste diversification écologique. Compte tenu de la diversité exceptionnelle des mâchoires des deux lignées, la cartographie plusieurs-à-un de la morphologie aux propriétés mécaniques peut être une caractéristique essentielle du rayonnement adaptatif des poissons.Translated by Pauline Raimondeau, Postdoctoral Associate, Yale University.
