変動する気候と食生活の革新により、長鼻類の歯形質は徐々に進化した

Nature Ecology & Evolution (2023)この記事を引用

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適応表現型を形成した選択力の特定は一般に現在の生息地と機能に依存しますが、これらは適応が生じた状況とは異なる場合があります。 さらに、変動する環境における適応的変化の定着や長期傾向のメカニズムは、これらのプロセスを引き起こす際の行動の役割と同様に、まだ十分に理解されていません。 化石の時系列はこれらの疑問に対する証拠を提供する可能性がありますが、長期間にわたって適切な化石と代替データを備えた個々の系統の例はまれです。 今回我々は、過去2,600万年にわたる東アフリカにおける長足類の歯の進化に関する新しいデータを提示し、食事、植生、気候（乾燥）の代用証拠と関連した形態変化の時間的パターンを追跡する。 我々は、食事における行動実験が環境状況と相関していること、歯形質の大きな適応変化は食事と環境の変化に続いて起こるが、それは咀嚼系の機能的革新の獲得後にのみ起こることを示す。 私たちは形質を選択因子によって分類し、高くて複数の隆起のある臼歯の獲得は主に粉塵の蓄積が多い開放的で乾燥した環境の増加に対する反応であるのに対し、エナメル質の折り畳みは食事中の草の量とより関連していることを示した。 さらに、これらの特徴の長期傾向はラチェット状に進行し、高い選択圧時の方向変化と選択体制が反転した時の静止を交互に繰り返すことを示した。 これは、現在の使用法よりも極端な条件に適応した形態の説明を提供します (リームのパラドックス)。 私たちの研究は、適切な層序制御と代用データを備えた一連の化石において、環境要因と行動要因を形態変化の時系列にどのようにマッピングできるかを示し、適応複合体の獲得様式を解明します。

環境変化に応じた進化のテンポと様式、およびこのプロセスにおける行動革新の役割1は、適応形質の起源を理解するために重要です。 形質と環境変数の間の機能的関係が時間の経過とともにどのように出現したかを理解することは、予測計量分析におけるそれらの使用の基礎にもなります。 哺乳類の化石記録における最も顕著な傾向の 1 つは、高い歯冠 (下歯性) の進化です 2,3,4,5。 草食哺乳類の多くの目にわたる種は、中新世後期の気候と植生の地球規模の変化に明らかに反応して、アフリカ、アジア、アメリカ大陸、地中海地域の一部で乾燥化と草原の拡大が見られたため、ヒプソドンになった。 これは一般に、摂食による磨耗の増加に対する反応であると考えられていますが、磨耗性の植物（特に植物石が豊富な草）、または食物と一緒に摂取される無機の塵や砂が、歯石症の進化の主な要因であるかどうかについては議論されています6、7。 8、9、10、11、12、13。 さらに、切断または剪断ロフの数やエナメル質の厚さの変化など、他の歯の形質の進化の推進力はさらによくわかっていません。

ここでは、東アフリカの新第三紀から第四紀までの長鼻類（ゾウとその近縁種）に焦点を当て、低歯症やその他の歯の形質の劇的な変化を明らかにする、細かく分解された層序にわたる豊富な化石遺跡に関する新しいデータを提示します14。 これは特に、約 1,000 ～ 700 万年前 (Ma) にアフリカで「ゴンフォテル」長足類の側系統群集内から生じた真のゾウ (ゾウ科) の進化に見られます (拡張データ図 1 および補足情報セクション 1)。 。 そこで、彼らは現存するアフリカゾウ (Loxodonta) やアジアゾウ (Elephas)、絶滅したマンモス (Mammuthus) や直牙のゾウ (Palaeoloxodon) などのいくつかの属に分化し、並行して食性適応も変化しました。