Morphogenetic studies of the rabbit XLI. Gradients of correlation in the architecture of morphology

Sawin, P. B.; Fox, R. R.; Latimer, Homer B.

doi:10.1002/aja.1001280202

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“…More than a century ago, this observation has been termed Pearson's rule of neighborhood (Whiteley and Pearson 1899;Lewenz and Whiteley 1902). Sawin et al (1970), for example, reported an approximately linear decline in the correlation among dimensions of rabbit bones with their spatial distance.…”

Section: Empirical Evidencementioning

confidence: 93%

The Developmental Basis of Variational Modularity: Insights from Quantitative Genetics, Morphometrics, and Developmental Biology

Mitterœcker

2009

Evol Biol

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Groups of correlated characters (variational modules) often are considered to be the result of dissociated local developmental factors, i.e., of a modular genotype-phenotype map. But certain sets of pleiotropic factors can equally well induce modular phenotypic variation-no local developmental factors are necessary for a modular covariance structure. It is thus not possible to infer genetic or developmental modularity from standing variation alone. Yet, only for approximately linear genotype-phenotype maps is the induced covariance structure stable over changes of the phenotypic mean. For larger genetic and phenotypic variation, such as on a macroevolutionary level, developmental effects often are nonlinear and variational modularity remains stable only when it is realized by local dissociated developmental factors with no overlap of pleiotropic ranges. The evo-devo concept of modularity concurs only at this macroevolutionary level with the quantitative notion of variational modularity. Empirical evidence on the genetic and developmental architecture underlying phenotypic variation is inconclusive and partly subject to methodological problems. Many studies seem to indicate modularized phenotypic variation and local clusters of QTL effects, whereas other studies find support for several alternative models of modularity and report continuous distributions of QTL effects. This inconsistency partly results from the neglect of spatial relationships among the measured traits. Given the complex development of higher organisms, a combination of pleiotropic factors and more local developmental effects with a hierarchical, overlapping, and more or less continuous distribution appears most likely.

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Section: Empirical Evidencementioning

confidence: 93%

The Developmental Basis of Variational Modularity: Insights from Quantitative Genetics, Morphometrics, and Developmental Biology

Mitterœcker

2009

Evol Biol

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“…Also the spatial distribution of measurements affects the correlation structure: closely adjacent measurements necessarily correlate higher than more distant measurements (e.g., Mitteroecker 2009;Huttegger and Mitteroecker 2011). For example, Sawin et al (1970) reported an approximately linear decline in the correlation among dimensions of rabbit bones with their spatial distance. An even more fundamental difficulty is the definition of measurements or phenotypic traits (particularly of distance measurements), as pointed out by Wagner and Zhang (2011).…”

Section: The Biometrics Of Morphological Integrationmentioning

confidence: 96%

How to Explore Morphological Integration in Human Evolution and Development?

et al. 2012

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Most studies in evolutionary developmental biology focus on large-scale evolutionary processes using experimental or molecular approaches, whereas evolutionary quantitative genetics provides mathematical models of the influence of heritable phenotypic variation on the shortterm response to natural selection. Studies of morphological integration typically are situated in-between these two styles of explanation. They are based on the consilience of observed phenotypic covariances with qualitative developmental, functional, or evolutionary models. Here we review different forms of integration along with multiple other sources of phenotypic covariances, such as geometric and spatial dependencies among measurements. We discuss one multivariate method [partial least squares analysis (PLS)] to model phenotypic covariances and demonstrate how it can be applied to study developmental integration using two empirical examples. In the first example we use PLS to study integration between the cranial base and the face in human postnatal development. Because the data are longitudinal, we can model both cross-sectional integration and integration of growth itself, i.e., how cross-sectional variance and covariance is actually generated in the course of ontogeny. We find one factor of developmental integration (connecting facial size and the length of the anterior cranial base) that is highly canalized during postnatal development, leading to decreasing cross-sectional variance and covariance.A second factor (overall cranial length to height ratio) is less canalized and leads to increasing (co)variance. In a second example, we examine the evolutionary significance of these patterns by comparing cranial integration in humans to that in chimpanzees.

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“…En este trabajo se analizaron muestras de poblaciones americanas a través de técnicas morfogeométricas, con el objetivo de cuantificar y comparar los niveles de integración morfológica y modularidad entre y dentro de regiones del cráneo, y a lo (Schluter 1996), lo que se conoce como líneas de mínima resistencia evolutiva (Steppan et al 2002) ¿es posible que el neurocráneo y la nariz de las poblaciones de altitud hayan evolucinado a través de una de estas líneas de mínima resistencia evolutiva, relacionada con la adaptación a su ambiente? El efecto del estrés ambiental producido por la vida en altitud ha sido estudiado para poblaciones andinas (Frisancho 1970(Frisancho , 1975(Frisancho , 1977 (Sawin et al 1970, Roth 1996, Enlow et al 1969, Mitteroecker y Bookstein 2007. En el caso de la cara y la nariz, es coherente que sean las regiones de valor más alto de covariación ya que no sólo están cercanas topológicamente sino que comparten un desarrollo común (Sperber 2001).…”

Section: Discusión: Patrones De Variación Y Covariación Entre Rasgosunclassified

El proceso de mongolización en Asia y América: genética cuantitativa y poblacional aplicada al poblamiento del Nuevo Mundo

Azevedo¹

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Ciertos rasgos de la morfología craneofacial que presentan variación regional en las poblaciones humanas han sido asociados históricamente con hipótesis adaptacionistas. En casi todos los trabajos que tratan sobre la adaptación del cráneo humano, se citan por ejemplo los clásicos trabajos de Coon y Beals, entre otros. Sin embargo, en la actualidad existen cada vez más herramientas y desarrollo de conceptos que contribuyen a una mirada más holística de la cuestión adaptativa. La Morfometría Geométrica, con sus ventajas y desventajas respecto de la Morfometría Clásica, pero que sin duda ha permitido un avance importante en la captura, análisis y visualización de las formas biológicas; la aplicación de conceptos y modelos de Genética Cuantitativa y Poblacional, que permiten un abordaje teórico formal al estudio de la adaptación (estudios model free vs. model bound); y finalmente, el enfoque ‘Evo-Devo’ con la aplicación de conceptos como la Integración Morfológica y Modularidad en el estudio de la evolución de fenotipos complejos como el cráneo humano, han permitido encarar la cuestión con una mayor solidez teórica y metodológica. Así por ejemplo, hoy se concuerda en que las fuerzas evolutivas no actúan sobre rasgos anatómicos aislados. La Integración Morfológica y la Modularidad coordinan la variación entre las partes que interactúan de los organismos y por lo tanto garantizan su función, al tiempo que la integración es también una fuente importante de limitaciones evolutivas o constrains. En este trabajo se estudió la adaptación del cráneo humano desde estas tres aproximaciones. Las implicancias de estos conceptos en el contexto del Poblamiento Americano, el paso de las poblaciones por Beringia, y los supuestos eventos de adaptación al frío (v.g. “mongolización”) son importantes y merecen atención e investigaciones futuras. Es decir, es necesaria la discusión de eventos microevolutivos que son claves para entender cómo los patrones de variación moderna observados, como los rasgos craneofaciales, fueron generados durante las fases tempranas de dispersión humana a través del continente Americano. En los últimos años ha crecido considerablemente el número de estudios que emplean la teoría y los métodos derivados de la Genética Cuantitativa y Poblacional para avanzar en nuestra comprensión de la evolución humana y de la diversificación morfológica, en algunos casos intentando establecer la importancia relativa de la Deriva Genética y la Selección Natural como fuerzas generadoras de la variación. La aplicación de este enfoque genético poblacional en estudios previos ha revelado que los procesos evolutivos neutrales (es decir, la acción combinada de la deriva genética y la migración) puede dejar un fuerte rastro en la variación de rasgos fenotípicos humanos. En particular, parece existir un consenso respecto a que la variación craneofacial entre las diferentes poblaciones humanas tiende a reflejar el patrón genético neutral subyacente, hasta el punto de que la morfología del cráneo puede ser utilizada con eficacia para investigar y poner a prueba los últimos acontecimientos demográficos de nuestra especie, tales como las migraciones pasadas y la colonización de nuevas regiones. En el presente trabajo se analizan los patrones de variación de caracteres del cráneo de poblaciones americanas mediante el estudio de la modularidad e integración de diferentes regiones del cráneo; se evalúan distintos modelos de poblamiento de América con el fin de establecer cuál se ajusta mejor a la variación morfológica observada en este continente, y se analiza cuáles fueron los factores evolutivos responsables de la variabilidad fenotípica observada. En el primer capítulo los estudios de modularidad y de integración demuestran cierta organización jerárquica de las regiones anatómicas del cráneo humano, con una especial evidencia modular para la estructura nasal. El comportamiento modular de la región nasal podría favorecer la capacidad evolutiva de esta estructura frente a presiones selectivas, como aquellas que pudieron sufrir las primeras poblaciones humanas durante su dispersión en ambientes árticos y de altitud. En el segundo capítulo la tesis explora los modelos más discutidos acerca del poblamiento americano utilizando técnicas de análisis morfogeométrico. Los resultados obtenidos brindan un mayor apoyo al modelo representado por la hipótesis Flujo Génico Recurrente (RGF) (que a los alternativos: una oleada única de migración, SW; y dos oleadas migratorias, TW), el cual propone que un modelo de una única fuente de origen para los nativos americanos, más una evolución local, y el flujo génico que persistió entre las poblaciones árticas de Asia y América constituye una explicación probable para la evidencia morfológica observada. Finalmente, el último capítulo explora las fuerzas evolutivas que han dado forma a la evolución del cráneo de las poblaciones americanas. En este caso, utilizando modelos de la genética cuantitativa se rechaza la hipótesis de evolución neutral (mutación/deriva) para algunas comparaciones, sugiriendo que no toda la variación observada en el cráneo humano de las poblaciones americanas pueden ser explicada por evolución neutral. Los tres capítulos de análisis de esta tesis presentan resultados relevantes no solamente para el campo general de los estudios evolutivos en humanos en base a rasgos morfológicos, sino también para áreas de interés científico general como el poblamiento de América por parte de Homo sapiens. En este sentido, los estudios enfocados en rastrear la historia y dispersión de las poblaciones humanas mediante el uso de caracteres craneofaciales (como es el caso de los datos utilizados para formular hipótesis explicativas del poblamiento de América), se benefician ampliamente por la detección y medición de presiones selectivas y respuestas plásticas que pueden potencialmente afectar la diversidad de los marcadores no neutrales. En este contexto, la combinación de una aproximación “Evo-Devo” a los rasgos fenotípicos complejos, sumado a la exploración del rol e importancia relativa de la deriva genética y la selección natural dirigida por presiones ambientales como el clima, contribuyen a un entendimiento más completo de las señales que los procesos microevolutivos en cuestión han dejado sobre los patrones de variación que presentan los cráneos antiguos y modernos de nuestra especie.

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Morphogenetic studies of the rabbit XLI. Gradients of correlation in the architecture of morphology

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The Developmental Basis of Variational Modularity: Insights from Quantitative Genetics, Morphometrics, and Developmental Biology

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El proceso de mongolización en Asia y América: genética cuantitativa y poblacional aplicada al poblamiento del Nuevo Mundo

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