Ecomorphological discrimination of vertebrate sister species with recent phylogenetic divergence using novel non-destructive morphometric methods = Discriminación ecomorfológica de especies hermanas de vertebrados con divergencia filogenética reciente utilizando nuevos métodos morfométricos no-destructivos

Abstract

The thesis "Ecomorphological discrimination of vertebrate sister species with recent phylogenetic divergence using novel non-destructive morphometric methods” compares morphological evolution during syntopic adaptive radiation between two vertebrate classes: the model African cichlid fish and the non-model Malagasy mantellid frogs. In Section I the ontogenetic body shape development of two Lake Victoria haplochromine cichlid sister species (Haplochromis fischeri and H. piceatus) and their non-natural hybrid is described by means of landmark-based Geometric Morphometrics. Chapter 1 relates divergent shape changes in the parental species to their respective trophic specializations and discloses associated shape variation linked to their respective locomotor specializations along the benthic-limnetic axis. Chapter 2 observes their hybrid to display a mosaic of parental and unique morphological features and discusses the influence of hybridization in the radiation of East African cichlids. In Section II computed-tomography (CT) techniques are used to study the musculoskeletal anatomy of mantellid frogs, genus Blommersia. Chapter 3 provides the ecological, morphological, and phylogenetic description of two new species of Blommersia (B. alexi and B. nataliae) found on the Comorian island of Mayotte thought to have evolved in sympatry and to be undergoing opposite processes of gigantism and nanism, respectively, in relation to their most recent common ancestor. Chapter 4 provides the first complete skeletal description for any mantellid species, B. alexi, and reveals genus-specific osteological features that are predicted to be implicated in their locomotion and unique reproductive behavior. Chapter 5 presents a custom soft-tissue contrast staining technique used prior to CT-scanning and applies the recently developed featureless Geometric Morphometric technique of Generalized Procrustes Surface Analysis to compare pelvic shape across seven species of the genus Blommersia, relating observed patterns of shape variation to their phylogenetic relationships and pelvic muscular architecture. In Section III the biomechanics of anuran locomotion are evaluated. Chapter 6 explores biomechanical performance during jumping and swimming locomotion in the wood frog (Rana sylvatica), putting special emphasis on the hindleg musculature implicated in thrust production during both locomotor modes, and reveals incredible physiological resilience as reflected by their relatively unaltered biomechanical performance before and after freezing. Overall, cichlid fish morphological evolution appears to be influenced to a larger degree by trophic ecological pressures, whereas in mantellid frogs it is body size variation and locomotor performance that condition species' divergence.

La tesis "Discriminación ecomorfológica de especies hermanas de vertebradas con divergencia filogenética reciente utilizando nuevos métodos morfométricos no destructivos" compara la evolución morfológica durante la radiación adaptativa sintópica entre dos clases de vertebrados: los peces cíclidos africanos modelo y las ranas mantélidas malgaches no modelo. En la Sección I, el desarrollo ontogenético de la forma del cuerpo de dos especies hermanas de cíclidos haplochrominos del Lago Victoria (Haplochromis fischeri y H. piceatus) y de su híbrido no-natural se describe mediante métodos de Geometría Morfométrica basado en landmarks. El Capítulo 1 relaciona los cambios divergentes en forma entre las especies parentales a sus respectivas especializaciones tróficas y revela variación en forma asociada a sus respectivas especializaciones locomotoras según el eje bentónico-limnético. El capítulo 2 muestra que su híbrido presenta un mosaico de características morfológicas parentales y únicas, y discute la influencia de la hibridación en la radiación de los cíclidos africanos. En la Sección II, se utilizan técnicas de tomografía computarizada (CT) para estudiar la anatomía musculo-esquelética de las ranas mantélidas, género Blommersia. El Capítulo 3 proporciona la descripción ecológica, morfológica, y filogenética de dos nuevas especies de Blommersia (B. alexi y B. nataliae) halladas en la isla comorana de Mayotte, que se cree evolucionaron en simpatría y que están sufriendo procesos opuestos de gigantismo y nanismo, respectivamente, en relación a su ancestro común más reciente. El Capítulo 4 proporciona la primera descripción esquelética completa para cualquier especie de mantélido, B. alexi, y revela características osteológicas específicas del género que se predice que están implicadas en su locomoción y comportamiento reproductivo único. El Capítulo 5 presenta una técnica personalizada de tinción de contraste de tejidos blandos para utilización antes de la CT y aplica la técnica recientemente desarrollada de Geometría Morfométrica para estructuras lisas llamada Generalized Procrustes Surface Analysis para comparar la forma pélvica entre siete especies del género Blommersia, de esta forma relacionando los patrones observados de variación en forma con sus relaciones filogenéticas y arquitectura muscular pélvica. En la Sección III, se evalúa la biomecánica en la locomoción de los anuros. El capítulo 6 explora el rendimiento biomecánico durante la locomoción de salto y natación en la Rana sylvatica, poniendo especial énfasis en la musculatura de la pata trasera implicada en la producción de empuje durante ambos modos locomotores, y revela una increíble resistencia fisiológica reflejada por su rendimiento biomecánico relativamente inalterado antes y después de ser congelado En general, la evolución morfológica en los peces cíclidos parece estar influenciada en mayor medida por las presiones ecológicas tróficas, mientras que en las ranas mantélidas es la variación del tamaño corporal y el rendimiento locomotor lo que condiciona la divergencia de las especies.