A integração morfológica refere-se à organização modular das relações e conexões entre os caracteres, a qual influencia a direção e velocidade da mudança evolutiva, seja restringindo ou facilitando esta ao longo das diferentes direções do morfoespaço. Desta forma, a descrição de padrões e magnitudes de integração e a análise de suas conseqüências evolutivas são aspectos centrais do estudo da evolução de morfologias complexas. Aqui analisamos a integração morfológica no crânio de diferentes famílias de mamíferos, abordando as seguintes questões. Existem padrões de integração comuns a todos os grupos? Seriam esses padrões compatíveis com hipóteses a priori baseadas em ontogenia e função compartilhadas? Que tipos de respostas evolutivas á seleção poderiam ser produzidas por estes padrões? Para isso, digitalizamos representantes de 20 ordens e 40 famílias de mamíferos e então estimamos as matrizes de correlação e variância/covariância correspondentes, comparando-as entre si. Também comparamos cada um dos padrões de integração estimados a hipóteses a priori baseadas em ontogenia e função compartilhadas. Por fim, analisamos as repostas de cada uma das matrizes V/CV a vetores de seleção simulados. Nossos resultados apontam para um padrão de integração amplamente compartilhado entre todas as famílias, indicando que a diversidade morfológica deste grupo foi produzida usando uma estrutura de covariação compartilhada, a qual se manteve similar durante pelo menos 65 milhões de anos. Comparações com uma matriz V/CV genética de roedores sugerem que esta similaridade se estende aos fatores genéticos subjacentes à variação fenotípica. Diversos módulos funcionais/ontogenéticos foram detectados nos táxons amostrados. A principal diferença entre os grupos foram observadas nas magnitudes de integração: as famílias de metatérios e duas das famílias de roedores apresentaram alto nível de integração geral e módulos pouco distintos, enquanto as famílias de primatas e quirópteros apresentaram o padrão de inverso. Nossos dados fornecem evidência de que a evolução da morfologia craniana em mamíferos pode ser vista como marcada por alterações no nível de integração entre caracteres, na qual os módulos ficaram mais evidentes. A consequência evolutiva retirada destas observações foi a de que as linhagens e famílias com menor integração são menos restritas, do ponto de vista evolutivo, e capazes de lidar com pressões seletivas com maior flexibilidade. / Morphological integration refers to the modular structuring of intertrait relationships in an organism, which could bias the direction and rate of morphological change, either constraining or facilitating evolution along certain dimensions of the morphospace. Therefore, the description of morphological integration patterns and its magnitude and the analysis of their evolutionary consequences are central to understand the evolution of complex traits. Here we analyze morphological integration in the skull of several mammalian orders, addressing the following questions: are there common patterns of inter-trait relationships? Are these patterns compatible with hypotheses based on shared development and function? What kind of responses to evolutionary forces could be generated by these patterns? We digitized more than 2000 specimens in 20 mammalian orders and 40 families. We then estimated the correspondent correlation and covariance matrices among traits and compared those matrices among the families. We also compared observed patterns of integration to theoretical expectations based on common development and function. Finally, we analyzed the responses of each covariance matrix to simulated selection vectors. Our results pointed to a largely shared pattern of inter-trait correlations, implying that mammalian skull diversity has been produced using a common covariance structure that remained similar for at least 65 million years. Comparisons with a rodent genetic variance/covariance matrix suggest that this broad similarity extends also to the genetic factors underlying phenotypic variation. Several morphological modules expected from shared development and function were detected in the mammalian taxa studied. The main differences among groups were found for the magnitudes of integration: metatherians and two rodent families presented higher overall levels of integration and reduced modular distinctiveness ,while primates and chiropterans exhibited the opposite pattern. Our data constitute evidence that the broad picture of mammalian skull evolution could be regarded as a history of inter-module disintegration, while the modules themselves became more clearly marked. The evolutionary implication of these findings is that groups with lower overall integration are less evolutionarily constrained, and are able to cope with selection with more flexibility.

A integração morfológica refere-se à organização modular das relações e conexões entre os caracteres, a qual influencia a direção e velocidade da mudança evolutiva, seja restringindo ou facilitando esta ao longo das diferentes direções do morfoespaço. Desta forma, a descrição de padrões e magnitudes de integração e a análise de suas conseqüências evolutivas são aspectos centrais do estudo da evolução de morfologias complexas. Aqui analisamos a integração morfológica no crânio de diferentes famílias de mamíferos, abordando as seguintes questões. Existem padrões de integração comuns a todos os grupos? Seriam esses padrões compatíveis com hipóteses a priori baseadas em ontogenia e função compartilhadas? Que tipos de respostas evolutivas á seleção poderiam ser produzidas por estes padrões? Para isso, digitalizamos representantes de 20 ordens e 40 famílias de mamíferos e então estimamos as matrizes de correlação e variância/covariância correspondentes, comparando-as entre si. Também comparamos cada um dos padrões de integração estimados a hipóteses a priori baseadas em ontogenia e função compartilhadas. Por fim, analisamos as repostas de cada uma das matrizes V/CV a vetores de seleção simulados. Nossos resultados apontam para um padrão de integração amplamente compartilhado entre todas as famílias, indicando que a diversidade morfológica deste grupo foi produzida usando uma estrutura de covariação compartilhada, a qual se manteve similar durante pelo menos 65 milhões de anos. Comparações com uma matriz V/CV genética de roedores sugerem que esta similaridade se estende aos fatores genéticos subjacentes à variação fenotípica. Diversos módulos funcionais/ontogenéticos foram detectados nos táxons amostrados. A principal diferença entre os grupos foram observadas nas magnitudes de integração: as famílias de metatérios e duas das famílias de roedores apresentaram alto nível de integração geral e módulos pouco distintos, enquanto as famílias de primatas e quirópteros apresentaram o padrão de inverso. Nossos dados fornecem evidência de que a evolução da morfologia craniana em mamíferos pode ser vista como marcada por alterações no nível de integração entre caracteres, na qual os módulos ficaram mais evidentes. A consequência evolutiva retirada destas observações foi a de que as linhagens e famílias com menor integração são menos restritas, do ponto de vista evolutivo, e capazes de lidar com pressões seletivas com maior flexibilidade. / Morphological integration refers to the modular structuring of intertrait relationships in an organism, which could bias the direction and rate of morphological change, either constraining or facilitating evolution along certain dimensions of the morphospace. Therefore, the description of morphological integration patterns and its magnitude and the analysis of their evolutionary consequences are central to understand the evolution of complex traits. Here we analyze morphological integration in the skull of several mammalian orders, addressing the following questions: are there common patterns of inter-trait relationships? Are these patterns compatible with hypotheses based on shared development and function? What kind of responses to evolutionary forces could be generated by these patterns? We digitized more than 2000 specimens in 20 mammalian orders and 40 families. We then estimated the correspondent correlation and covariance matrices among traits and compared those matrices among the families. We also compared observed patterns of integration to theoretical expectations based on common development and function. Finally, we analyzed the responses of each covariance matrix to simulated selection vectors. Our results pointed to a largely shared pattern of inter-trait correlations, implying that mammalian skull diversity has been produced using a common covariance structure that remained similar for at least 65 million years. Comparisons with a rodent genetic variance/covariance matrix suggest that this broad similarity extends also to the genetic factors underlying phenotypic variation. Several morphological modules expected from shared development and function were detected in the mammalian taxa studied. The main differences among groups were found for the magnitudes of integration: metatherians and two rodent families presented higher overall levels of integration and reduced modular distinctiveness ,while primates and chiropterans exhibited the opposite pattern. Our data constitute evidence that the broad picture of mammalian skull evolution could be regarded as a history of inter-module disintegration, while the modules themselves became more clearly marked. The evolutionary implication of these findings is that groups with lower overall integration are less evolutionarily constrained, and are able to cope with selection with more flexibility.

Este trabalho busca entender a diversificação craniana dos macacos do Velho Mundo (Catarrhini) integrando duas abordagens para o estudo da evolução de caracteres complexos: a genética quantitativa e a integração morfológica. A investigação tem três objetivos principais: 1) comparar a magnitude e o padrão das relações entre os caracteres cranianos entre todos os Catarrhini; 2) testar a hipótese de que deriva genética é o único agente responsável pela diversificação craniana; 3) explorar as conseqüências evolutivas da associação entre caracteres. De posse de um banco de dados bastante representativo da diversidade dos macacos do Velho Mundo (39 medidas cranianas de cerca de 6.000 crânios de mais de 130 espécies), gerei as matrizes de correlação e de variância/covariância, que resumem as relações entre os caracteres, e comparei-as entre vários grupos. Comparei-as também a expectativas derivadas de modelos teóricos de evolução por deriva genética, além de simular a ação de seleção natural sobre essas matrizes para observar o comportamento evolutivo dos diversos padrões de associação entre caracteres. De maneira geral, o padrão das relações é o mesmo entre todos os Catarrhini, mas a magnitude com que os caracteres estão associados varia bastante. Isso tem conseqüências evolutivas importantíssimas, pois grupos com baixas magnitudes tendem a responder na mesma direção em que a seleção atua (alta flexibilidade evolutiva), enquanto que altas magnitudes estão associadas, independentemente da direção da seleção, a respostas ao longo do eixo de maior variação, que no caso dos Catarrhini corresponde à variação no tamanho (baixa flexibilidade evolutiva). A diversificação inicial do grupo parece ter sido gerada por seleção natural, mas nos níveis de gênero e espécie, deriva genética é o processo predominante; a exceção são os cercopitecíneos, onde há evidência de seleção também nesses níveis. Com base nesses resultados, proponho um modelo que associa a magnitude geral da correlação entre caracteres aos possíveis caminhos evolutivos que uma população pode seguir. Apesar de este trabalho estar empiricamente restrito aos macacos do Velho Mundo, esse modelo é válido para os mamíferos como um todo e pode ser testado em outros grupos, aumentando nossa compreensão de como a associação entre caracteres afeta a evolução dos seres vivos. / This is a study on the cranial diversification of the Catarrhini, a large group of primates that includes all Old World monkeys and apes, bringing together two approaches to investigate the evolution of complex characters: quantitative genetics and morphological integration. It has three main goals: 1) to compare magnitudes and patterns of inter-trait relationships in the skull among catarrhines; 2) to test the null hypothesis that genetic drift is the sole agent responsible for cranial diversification; 3) to explore the evolutionary consequences of inter-trait associations. With a large and representative cranial database of Old World monkeys and apes (39 measurements of around 6,000 skulls from more than 130 species), I generated and compared correlation and variance/covariance matrices, which summarize inter-trait relationships, among several Catarrhini groups. I compared some of those matrices to expectations derived from theoretical models of evolution through genetic drift, and simulated natural selection to observe the evolutionary behavior of each matrix. From a broad perspective, the patterns of relationships are the same among all catarrhines, but the magnitudes are quite variable. This has very important evolutionary consequences, because groups with low overall magnitudes tend to respond in the same direction of selection (high evolutionary flexibility), while higher magnitudes, regardless of the direction of selection, are associated to responses along the axis of highest variation, which in this case corresponds to size variation (low evolutionary flexibility). The initial diversification of catarrhines seems to have been generated by natural selection, but drift probably played a major role at the genus and species level; the exception are the cercopithecines, for which there is evidence for selection also in those levels. Based on these results, I propose a model that links the overall magnitude of inter-trait correlations to the possible evolutionary paths of a given population. This study is empirically restricted to Old World monkeys and apes, but the model has been proved valid to a broader sample of mammals and can be tested for other groups, contributing for our understanding of how complex characters evolve.

No presente trabalho utilizo as abordagens de genética quantitativa e integração morfológica para compreender a evolução do crânio em morcegos da Família Phyllostomidae. Esses morcegos exibem uma diversidade de especializações alimentares que não encontra precedentes dentre os demais mamíferos, havendo atualmente formas envolvidas na insetivoria, hematofagia, nectarivoria, carnivoria, omnivoria e frugivoria. Neste trabalho comparo as matrizes de correlação e covariância fenotípicas que quantificam a associação entre caracteres que descrevem o crânio entre espécies de filostomídeos, com o objetivo de investigar se há similaridade estrutural entre elas. Além disso, exploro possíveis fatores que podem afetar a sua estabilidade, como a história evolutiva (filogenia), dieta e as associações funcionais e de desenvolvimento entre os caracteres cranianos. Por fim, investigo a presença de módulos nos crânios dos filostomídeos e avalio as consequências evolutivas dos padrões e das magnitudes de integração na evolução desse grupo. A base de dados compreende 35 medidas cranianas de 2665 indivíduos, abrangendo todas a subfamílias, e representando ao todo 48 espécies e 45 gêneros. Os resultados indicam que após um período de diversificação evolutiva de aproximadamente 33.9 milhões de anos, a estrutura fenótipica de variância/covariância se manteve até certo ponto similar entre as espécies de morcegos filostomídeos. Enquanto os padrões estruturais das matrizes de correlação e covariação permaneceram relativamente similares, a magnitude geral de integração se mostrou evolutivamente mais plástica entre as espécies. Os caracteres cranianos que mais divergiram entre as matrizes estão relacionados às regiões do crânio que expressam grande variação morfológica qualitativa e estão diretamente relacionadas aos hábitos alimentares das espécies. A independência entre a distância filogenética e a similaridade estrutural das matrizes de variância/covariância indica que as mudanças e as manutenções dos padrões de covariância são, até certo ponto, dissociados da história evolutiva do grupo. Por outro lado, mudanças nas estruturas de correlação e covariância fenotípicas estão associadas à dieta do grupo. Embora dieta e filogenia estejam relacionadas, estes fatores diferem quanto a sua associação (e potencial causalidade) com a evolução tanto do fenótipo médio quanto da estrutura de correlação entre os caracteres do crânio. A dieta mostrou um ajuste melhor do que a filogenia para as matrizes de correlação, e para as matrizes de distância morfológica. Além disso, os resultados demonstram que os filostomídeos compartilham padrão de modularidade craniana relacionado à função e desenvolvimento, e os resultados corroboram a organização modular encontrada em outras linhagens de mamíferos. Em geral, as subregiões oral, nasal e a abóbada craniana aparecem como módulos dominantes nos crânios destes morcegos, e um olhar para aspectos funcionais e de história evolutiva ajudam a compreender os padrões de integração morfológica desse grupo tão diverso e intrigante. Nem todas as espécies de filostomídeos estudadas aqui apresentaram variação associada ao tamanho no primeiro componente principal da matriz de covariância. Mesmo não sendo tamanho, esse componente ainda assim age como uma restrição à evolução. Esse resultado é evidente nos valores de correlação altos e significativos entre os índices de magnitude geral de integração e o primeiro componente principal, e das correlações entre o primeiro CP e os índices de flexibilidade e restrição. Espécies que apresentaram alta magnitude geral de integração entre os caracteres do crânio possuem menor capacidade de evoluir na direção da seleção, sendo portanto mais restritas evolutivamente. Espécies de filostomídeos que apresentam asssociações mais baixas nos caracteres cranianos apresentam maior flexibilidade evolutiva, ou seja, maior capacidade em responder na direção em que a seleção está atuando / Here I use a quantitative genetics and morphological integration approaches to understand the evolution of bat skulls of the Phyllostomidae family. These bats display an unprecedented diversity in terms of dietary specialization that is unique in mammals, with insectivorous, hematophagous, nectarivorous, carnivorous, omnivorous and frugivorous species. In this thesis, I compare the covariance and correlation phenotypic matrices, which are a quantification of the relationship among skull traits, in order to investigate whether there is structural similarity between them. Furthermore, I explore possible factors that may affect its stability, such as evolutionary history (phylogeny), dietary habits and functional and developmental associations between cranial traits. Finally, I investigate the presence of modules in the skulls of phyllostomids and assess the evolutionary consequences of the patterns and magnitudes of morphological integration in the evolution of this group. The database comprises 35 cranial measurements of 2665 specimens, including all the subfamilies, representing 45 genera and 48 species. The results indicate that after an approximately 33.9 million years period of evolutionary diversification, the phenotypic variance/covariance structure remained, to some extent, similar among species of phyllostomid bats. While the patterns of covariance and correlation matrices remained relatively similar, the overall magnitude of integration presented considerable variation between species. The cranial traits that diverged the most between the matrices are related to the regions of the skull that display great qualitative morphological variation and are directly related to the dietary habits of the species. The independence between the phylogenetic distance and the structural similarity of variance/covariance matrices indicates that changes and stasis in covariance patterns are, to some extent, decoupled from the evolutionary history of the group. On the other hand, changes in the phenotypic correlation and covariance structure are associated with the dietary habits of the group. While diet and phylogeny are related, these factors differ regarding their association (and potential causality) with evolution, both concerning the average phenotype divergence, as well as the correlation structure between cranial traits. The diet showed a better adjustment than the phylogeny for correlation matrices, as well as for the morphological distance matrices. Furthermore, the results demonstrate that the phyllostomids share the same patterns of cranial modularity for functional and developmental hypothesis, and confirm the modular structure found in other lineages of mammals. Generally speaking, the oral, nasal and cranial vault subregions appear as dominant modules in the skulls of these bats, and focusing on functional and evolutionary history aspects help to better understand the patterns of morphological integration of this group that is so diverse and intriguing. Not all species of bats that were included in this study showed size variation in the first principal component of the covariance matrix. Even if this first principal component is not size related, this component still acts as an evolutionary constrain. This result is evident in the high and significant correlation values between the overall integration indexes and the first principal component, and regarding the correlation between the first PC and the flexibility and constraint indexes. Species with high overall magnitude of integration between the skull traits have less ability to evolve in the direction of the selection and, therefore, are more evolutionary constrained. Species of bats that exhibit lower associations of cranial traits show greater evolutionary flexibility, i.e., greater capacity to respond in the direction in which selection is acting

As últimas décadas têm apresentado um crescente número de contribuições para o entendimento sobre quando e onde ocorreu o surgimento do Homo sapiens. Modelos baseados nessas evidências, geralmente, sugerem que a gênese dos humanos modernos ocorreu na África, há cerca de 200.000 anos antes do presente, de onde migraram para as outras partes do mundo. Análises da diversidade genética de populações atuais corroboram esse cenário, ao sugerir que, a partir de uma origem única, a espécie foi, gradativamente, perdendo variabilidade à medida que as populações divergiram, espacial e temporalmente, umas das outras e de suas ancestrais africanas. No que se refere especificamente à morfologia craniana, diversos autores sugerem a existência deste mesmo padrão de decréscimo da variabilidade em função do distanciamento em relação a África, embora seja, também, reconhecida entre os especialistas a partição da diversidade craniana humana entre dois padrões fundamentais: um representado pela morfologia similar àquela que caracterizou os primeiros Homo sapiens, antes que o processo de raciação, no sentido de diversificação, tivesse ocorrido, representado pela denominada \"morfologia generalizada\"; e outro representado pelas demais variações morfológicas, correspondendo às populações já diversificadas fora da África, denominada \"morfologia especializada\". Nesse sentido, o entendimento dos processos evolutivos envolvidos nos eventos de diferenciação morfológica gera bastante controvérsia entre os especialistas. Embora a maioria das informações já obtidas aponte para o fato de que a morfologia craniana evoluiu, majoritariamente, por processos estocásticos, algumas evidências sugerem que, ao menos em condições ambientais extremas, algumas regiões anatômicas cranianas específicas tenham uma parcela de sua variabilidade morfológica fixada por seleção natural. Nesse contexto, o objetivo primordial desta pesquisa é caracterizar a evolução da variação craniana humana, abordada a partir de dois tópicos centrais: 1) A investigação da composição, padrão de ocorrência, distribuição e estruturação da diversidade morfológica craniana humana; e, 2) A análise do contexto evolutivo da variação observada no crânio humano, em função de suas características de integração, modularidade e estase evolutiva investigadas a partir da exploração de seus padrões de variância e covariância. Para tanto, foram utilizadas as características métricas cranianas (24 variáveis do protocolo Howells) de 9.287 indivíduos, distribuídos em 161 populações autóctones de dispersão mundial. Apenas indivíduos morfologicamente íntegros constituíram o banco de dados, eliminando qualquer efeito devido à ocorrência de \"missing values\". Informações adicionais às séries presentes no banco de dados foram utilizadas para uma melhor caracterização geográfica e cronológica dessas populações, e que possibilitou o cálculo das distâncias geográficas entre elas e a estratificação dos dados sob diferentes critérios. Bancos de dados complementares, compostos por marcadores moleculares (mtDNA e microssatélites) também foram utilizados para a análise exploratória comparativa de questões específicas. Os resultados obtidos para as análises da composição, distribuição e estruturação da diversidade craniana humana mostram que grupos populacionais particulares, normalmente associados à alguma região geográfica específica, apresentam padrões de diversificação diversos daqueles observados para todas as populações analisadas de maneira conjunta, o que sugere a ocorrência de respostas evolutivas específicas associadas às condições particulares, como seleção, por exemplo. Em relação às investigações do contexto evolutivo da variação observada, inferida pelos padrões de correlação, covariância e modularidade investigados em diferentes agrupamentos populacionais, os resultados gerados demonstraram que, de maneira geral, os padrões de variância/covariância e a magnitude dos padrões de correlação entre os caracteres apresentam-se de maneira estável, com raras exceções ao estado de estase evolutiva predominante. Em suma, os resultados obtidos através das diferentes estratégias empregadas nesta tese reforçam a ideia de que a evolução da morfologia craniana é melhor explicada por um modelo que assuma a ocorrência de diferentes ditames evolutivos, como deriva genética e seleção natural, por exemplo, que, devido ao recente processo de diversificação da espécie apresentam, de maneira generalizada, em estado de estase / The last decades have seen a growing number of contributions to the understanding of when and where was the emergence of Homo sapiens. Models based on this evidence generally suggests that the genesis of modern humans occurred in Africa some 200,000 years before present, where migrated to other parts of the world. Analysis of genetic diversity of current populations corroborate this scenario, suggesting that, from a single source, the species was gradually losing variability as the populations diverged, spatially and temporally, from each other and from their African ancestors. With regard specifically to the cranial morphology, several authors suggest the existence of this same pattern of decreasing variability as a function of distance from Africa, although it is also recognized among experts partition the human cranial diversity between two fundamental patterns: one represented by morphology similar to that characterized the first Homo sapiens before the process raciação in the sense diversifying, occurred, represented by the so-called \"general morphology\" and the other represented by other morphological variations, corresponding to the populations already been diversified Africa, called \"specialized morphology.\" In this sense, understanding the evolutionary processes involved in the events of morphological differentiation generates a lot of controversy among experts. Although most of the information already obtained point to the fact that the cranial morphology evolved mostly by stochastic processes, some evidence suggests that, at least in extreme environmental conditions, some cranial specific anatomical regions have a portion of their morphological variability determined by natural selection. In this context, the primary objective of this research is to characterize the evolution of human cranial variation, approached from two themes: 1) The investigation of the composition, pattern of occurrence, distribution and structuring of human cranial morphological diversity, and, 2) analysis of the context of evolutionary change observed in the human skull, due to its characteristics of integration, modularity and evolutionary stasis investigated from the exploitation of their patterns of variance and covariance. For this, we used the metric cranial characteristics (24 variables protocol Howells) of 9287 individuals distributed in 161 indigenous peoples worldwide dispersion. Only morphologically intact individuals constituted the database, eliminating any effect due to the occurrence of \"missing values\". Additional information on these series in the database were used to better characterize geographic and chronological these populations, and that allowed the calculation of geographical distances between them and the stratification of the data under different criteria. Databases additional compounds by molecular markers (mtDNA and microsatellites) were also used for exploratory comparative analysis of specific issues. The results for the analyzes of the composition, structure and distribution of human cranial diversity show that particular population groups, usually associated with a specific geographic region, provide diversification patterns different from those observed for all populations analyzed jointly, suggesting the occurrence of specific evolutionary responses associated with particular conditions, such as selection, for example. Regarding investigations of evolutionary context of the variation observed, inferred by patterns of correlation, covariance and modularity investigated in different population groups, the results generated showed that, in general, the patterns of variance / covariance and magnitude of correlation patterns between characters are presented in a stable manner, with rare exceptions the state of evolutionary stasis predominant. In summary, the results obtained through the different strategies employed in this thesis reinforce the idea that the evolution of cranial morphology is best explained by a model that assumes the occurrence of different evolutionary dictates, as genetic drift and natural selection, for example, that due to the recent process of diversification of species present in a generalized way, in a state of stasis

Os conceitos e métodos provindos das teorias de integração morfológica e de genética quantitativa formam o arcabouço teórico para o estudo da evolução de estruturas complexas, compostas de múltiplos caracteres que interagem entre si. Nesse trabalho, utilizamos o crânio como modelo de estrutura complexa e estudamos sua diversificação nas espécies de sapo do grupo Rhinella granulosa. As perguntas do trabalho foram: (1) A organização da (co)variação é similar entre as espécies?; (2) A organização da (co)variação é modular nas espécies, conforme expectativas baseadas em desenvolvimento ou função?; (3) Fatores externos, como filogenia e clima, estruturam a similaridade no padrão de covariação entre as espécies?; (4) A diversificação da morfologia média do crânio se deu por deriva ou seleção natural?; (5) A divergência na morfologia média do crânio está associada à variação climática entre as espécies?; e finalmente (6) Restrições evolutivas atuaram na divergência entre as espécies? Os espécimes foram escaneados e validamos o uso de imagens 3D para a mensuração de 21 distâncias lineares. Os crânios das espécies foram representados como matrizes fenotípicas (P) de covariância e de correlação entre as distâncias. A similaridade entre as P das espécies é alta. As P de todas as espécies se conformam a um padrão modular compatível com interações funcionais entre ossos. As diferenças entre as P concentram-se no rostro e são associadas a diferenças no clima entre as espécies. Detectamos sinal de seleção natural nos nós mais basais da filogenia e variação local no crânio está associada à variação na sazonalidade da chuva entre as espécies. Restrições evolutivas atuaram na diversificação do crânio das espécies, defletindo as respostas evolutivas para tamanho. Concluímos que tanto seleção estabilizadora e direcional, conectadas à variação climática, quanto restrições evolutivas atuaram na diversificação do crânio das espécies / Concepts and methods within the theories of morphological integration and quantitative genetics characterize the foundation to study the evolution of complex structures, composed of several traits that interact with each other. In this work, we used the skull as a model of complex structure and we studied its diversification in toad species belonging to the Rhinella granulosa group. The questions addressed were: (1) Is the (co)variance structure similar across species?; (2) Is the (co)variance structure modular in the species, and compatible with developmental or functional interactions among traits?; (3) Do external factors, such as phylogeny and climate, structure the similarity in covariance pattern across species?; (4) Was the diversification of skull mean morphology driven by drift or natural selection?; (5) Is skull divergence associated to climatic variation across species?; and finally, (6) Is there a role for evolutionary constraints in species skull divergence? We scanned all specimens and we validated the use of 3D images to measure 21 linear distances. The skull was represented as covariance and correlation phenotypic matrices (P) among distances. P similarity is very high among species. All species\' P had a modular pattern compatible with functional interactions among bones. Differences in P were concentrated in the snout and associated to differences in climate across species. We detected a selection signal in the three most basal nodes of the phylogeny and local variation in the skull is explained by between-species variation in precipitation seasonality. Evolutionary constraints played a major role in species skull diversification, biasing evolutionary responses towards the direction of size. We conclude that stabilizing and directional selection, connected to climatic variation, as well as evolutionary constraints, acted in species skull diversification

As bases moleculares da diversidade fenotipica dentro de espécies são de grande interesse aos biólogos evolutivos porque a evolução morfológica adaptival depende da seleção de variantes genéticas. Entretanto, há poucos exemplos da variação fenotípica cuja a base molecular é compreendida, especialmente entre animais vertebrados. Biólogos em geral concordam que o processo da seleção natural é a fonte predominante de diversificação morfológica. Tem sido documentado previamente que existe diversificação adaptativa da morfologia craniana entre os taxa mais elevados de Platyrrhini e também em espécies e em muitos géneros, que aparentemente diversificaram na morfologia do crânio por seleção natural. O hormônio de crescimento (GH) é um hormônio multifunctional, produzido principalmente pela glândula pituitária de todos os animais vertebrados para regular o metabolismo e para promover o crescimento pos-natal linear. A evolução molecular do GH foi estudada extensivamente em um grande número espécies de vertebrados, incluindo primatas. A evolução rápida do gene do GH em primatas, especiamente em regiões funcionalmente importantes, sugere a seleção darwiniana positiva. Entretanto, o relaxamento da seleção purificadora depois de múltiplas duplicações do locus GH não podem ser descartadas. O objetivo deste estudo era investigar a evolução molecular do gene do GH em primatas neotropicais, tentando identificar diferenças potenciais e funcionais entre taxa. As análises de máxima verossimilhança deste trabalho mostraram que a relação dN/dS no gene GH1 de primatas de Neotropicais é diferente entre gêneros, demonstrando que a evolução do GH1 no Platyrrhini não é compatível com o modelo neutro da evolução molecular. Estes resultados sugerem que o gene GH1 está sobre seleção positiva em alguns sítios na proteína durante o processo de diversificação dos primatas de Neotropical. / The molecular bases of phenotipic diversity within and between species are of great interest to evolutionary biologists because the adaptive morphological evolution depends on the selection of genetics variants. However, there are few examples of phenotypic variation whose molecular basis is understood, especially among vertebrates, while most biologists agree that the natural selection process is the predominant source of morphological diversification. Is has been previously documented that there is adaptive diversification of cranial morphology among the higher taxa of Platyrrhini and also in species in most genera that apparently diversified in skull morphology by natural selection. The Growth Hormone (GH) is a multifunctional hormone, mainly produced by the pituitary gland of all vertebrates to modulate the metabolism and promote linear postnatal growth. The molecular evolution of GH has been extensively studied in a large number of vertebrate species, including primates. The rapid GH gene evolution on primates, especially on sites that are functionally important, suggest positive Darwinian selection. However, the hypothesis of purifying selection relaxation after multiple duplications of the GH locus cannot be ruled out either. The aim of this study was to investigate the molecular evolution of the GH gene on neotropical primates, trying to identify potential and functional differences between taxa. The analyses of Maximum likelihood of this work has shown that the ratio dN/dS in the GH1 gene of Neotropical primates are different among genera, demonstrating that the evolution of the GH1 in the Platyrrhini is not compatible with the neutral model of molecular evolution. These results suggest that the GH1 gene suffered positive selection at some sites inside the protein during the process of diversification of the Neotropical primates.

Os conceitos e métodos provindos das teorias de integração morfológica e de genética quantitativa formam o arcabouço teórico para o estudo da evolução de estruturas complexas, compostas de múltiplos caracteres que interagem entre si. Nesse trabalho, utilizamos o crânio como modelo de estrutura complexa e estudamos sua diversificação nas espécies de sapo do grupo Rhinella granulosa. As perguntas do trabalho foram: (1) A organização da (co)variação é similar entre as espécies?; (2) A organização da (co)variação é modular nas espécies, conforme expectativas baseadas em desenvolvimento ou função?; (3) Fatores externos, como filogenia e clima, estruturam a similaridade no padrão de covariação entre as espécies?; (4) A diversificação da morfologia média do crânio se deu por deriva ou seleção natural?; (5) A divergência na morfologia média do crânio está associada à variação climática entre as espécies?; e finalmente (6) Restrições evolutivas atuaram na divergência entre as espécies? Os espécimes foram escaneados e validamos o uso de imagens 3D para a mensuração de 21 distâncias lineares. Os crânios das espécies foram representados como matrizes fenotípicas (P) de covariância e de correlação entre as distâncias. A similaridade entre as P das espécies é alta. As P de todas as espécies se conformam a um padrão modular compatível com interações funcionais entre ossos. As diferenças entre as P concentram-se no rostro e são associadas a diferenças no clima entre as espécies. Detectamos sinal de seleção natural nos nós mais basais da filogenia e variação local no crânio está associada à variação na sazonalidade da chuva entre as espécies. Restrições evolutivas atuaram na diversificação do crânio das espécies, defletindo as respostas evolutivas para tamanho. Concluímos que tanto seleção estabilizadora e direcional, conectadas à variação climática, quanto restrições evolutivas atuaram na diversificação do crânio das espécies / Concepts and methods within the theories of morphological integration and quantitative genetics characterize the foundation to study the evolution of complex structures, composed of several traits that interact with each other. In this work, we used the skull as a model of complex structure and we studied its diversification in toad species belonging to the Rhinella granulosa group. The questions addressed were: (1) Is the (co)variance structure similar across species?; (2) Is the (co)variance structure modular in the species, and compatible with developmental or functional interactions among traits?; (3) Do external factors, such as phylogeny and climate, structure the similarity in covariance pattern across species?; (4) Was the diversification of skull mean morphology driven by drift or natural selection?; (5) Is skull divergence associated to climatic variation across species?; and finally, (6) Is there a role for evolutionary constraints in species skull divergence? We scanned all specimens and we validated the use of 3D images to measure 21 linear distances. The skull was represented as covariance and correlation phenotypic matrices (P) among distances. P similarity is very high among species. All species\' P had a modular pattern compatible with functional interactions among bones. Differences in P were concentrated in the snout and associated to differences in climate across species. We detected a selection signal in the three most basal nodes of the phylogeny and local variation in the skull is explained by between-species variation in precipitation seasonality. Evolutionary constraints played a major role in species skull diversification, biasing evolutionary responses towards the direction of size. We conclude that stabilizing and directional selection, connected to climatic variation, as well as evolutionary constraints, acted in species skull diversification

O objetivo deste estudo foi compreender como seleção natural age sobre a variação fenotípica a fim de determinar como espécies respondem às mudanças ambientais. Para isso, usei esquilos do gênero Tamias (subgênero Neotamias, família Sciuridae) como um modelo em uma escala tanto macro quanto micro-evolutiva. Esse conjunto de 23 espécies de Neotamias é parte de uma radiação recente, ocupando uma ampla gama de hábitats com marcada partição de nicho entre as espécies. Um aspecto essencial que molda evolução fenotípica são características ambientais, tais como variações climáticas. Dessa forma, no primeiro capítulo eu examinei se as diferenças fenotípicas entre as espécies estão relacionadas às diferenças climáticas entre os hábitats que ocupam. Diversas características ambientais foram significativamente correlacionadas com atributos morfológicos, indicando que estas tiveram um papel importante como possíveis pressões seletivas conduzindo à divergência entre as espécies. Como consequência, é razoável supor que mudanças climáticas em tempo histórico (isto é, durante o Antropoceno) também afetam variação morfológica dentro de uma escala microevolutiva. No segundo capítulo, portanto, eu examinei esta expectativa usando espécimes de seis diferentes espécies, coletados com cerca de 100 gerações entre coletas (um século). Neste capítulo, não foi encontrada uma associação ente o grau de mudanças climáticas ao longo deste período e a magnitude de mudança morfológica ou de pressão seletiva. Contudo, as estimativas de força de seleção variaram substancialmente entre espécies: para a espécie Tamias alpinus observou-se uma alta estimativa de força de seleção, quase duas vezes maior do que para a espécie Tamias speciosus, a qual as menores forças de seleção foram observadas. Desta forma, a fim de avaliar o impacto de seleção direcional nos padrões de (co)variação fenotípica, no terceiro capítulo eu utilizei estas duas espécies, dado que representam extremos em termos de força de seleção dentre as populações analisadas. Estudos teóricos preveem que sob seleção direcional os padrões de (co)variação podem evoluir, realinhando-se com a paisagem adaptativa subjacente, aumentando a quantidade de variância genética na direção da seleção. Este padrão foi observado para T. alpinus, como esperado, dado que esta espécie sofreu a maior força de seleção. Além disso, para esta espécie foram observadas mudanças nos padrões de correlações entre os caracteres. Estes resultados apoiam expectativas obtidas a partir de modelos teóricos que consideram a evolução do mapa genótipo- fenótipo em resposta à seleção natural / The aim of this study was to understand how natural selection acts on phenotypic variation to determine species\' response to environmental change. I used chipmunks of the genus Tamias (subgenus Neotamias; family Sciuridae) as a model at both a macro and micro-evolutionary scales. This set of 23 species is part of a recent radiation that occupy a wide range of habitats with marked niche partitioning among co-distributed members. As climate variation is an essential aspect believed to shape phenotypic evolution, in the first chapter I examined how phenotypic differences among these species were related to climatic differences among the habitats occupied. Several climatic variables were significantly correlated with morphological attributes differentiating taxa, suggesting a possible causal link between climate, through selection, and species divergence. As a consequence, it is reasonable to suggest that climate change within historic times (the Anthropocene) has also affected cranial morphological variation within species at a microevolutionary scale. In the second chapter, therefore, I examined this expectation using specimens from six different species, each collected about 100 generations apart (one century). Here, no relationship was found between the degree of climate change over this period and the magnitude of observed morphological change, or in a measure of selection strength. Nevertheless, the estimates of selection strength varied substantially among these species: those for the alpine chipmunk (Tamias alpinus) were the strongest and nearly twice that of the co-distributed lodgepole chipmunk (Tamias speciosus). As a result, to assess the impact of directional selection on the observed patterns of phenotypic (co)variation, in the third chapter I contrasted these two species, since they represent the extremes in the estimated strength of selection among all the species\' populations I examined. Theory predicts that, under directional selection, patterns of phenotypic (co)variation might evolve in order to match the subjacent adaptive landscape. This prediction was upheld in the populations of alpine chipmunks, as perhaps expected since they exhibited the strong selective response. Equally importantly, I also observed changes in the overall correlation between traits for the alpine chipmunk in a pattern consistent with that expected under theoretical models that consider the evolution of the genotype-phenotype map in response to directional selection

As bases moleculares da diversidade fenotipica dentro de espécies são de grande interesse aos biólogos evolutivos porque a evolução morfológica adaptival depende da seleção de variantes genéticas. Entretanto, há poucos exemplos da variação fenotípica cuja a base molecular é compreendida, especialmente entre animais vertebrados. Biólogos em geral concordam que o processo da seleção natural é a fonte predominante de diversificação morfológica. Tem sido documentado previamente que existe diversificação adaptativa da morfologia craniana entre os taxa mais elevados de Platyrrhini e também em espécies e em muitos géneros, que aparentemente diversificaram na morfologia do crânio por seleção natural. O hormônio de crescimento (GH) é um hormônio multifunctional, produzido principalmente pela glândula pituitária de todos os animais vertebrados para regular o metabolismo e para promover o crescimento pos-natal linear. A evolução molecular do GH foi estudada extensivamente em um grande número espécies de vertebrados, incluindo primatas. A evolução rápida do gene do GH em primatas, especiamente em regiões funcionalmente importantes, sugere a seleção darwiniana positiva. Entretanto, o relaxamento da seleção purificadora depois de múltiplas duplicações do locus GH não podem ser descartadas. O objetivo deste estudo era investigar a evolução molecular do gene do GH em primatas neotropicais, tentando identificar diferenças potenciais e funcionais entre taxa. As análises de máxima verossimilhança deste trabalho mostraram que a relação dN/dS no gene GH1 de primatas de Neotropicais é diferente entre gêneros, demonstrando que a evolução do GH1 no Platyrrhini não é compatível com o modelo neutro da evolução molecular. Estes resultados sugerem que o gene GH1 está sobre seleção positiva em alguns sítios na proteína durante o processo de diversificação dos primatas de Neotropical. / The molecular bases of phenotipic diversity within and between species are of great interest to evolutionary biologists because the adaptive morphological evolution depends on the selection of genetics variants. However, there are few examples of phenotypic variation whose molecular basis is understood, especially among vertebrates, while most biologists agree that the natural selection process is the predominant source of morphological diversification. Is has been previously documented that there is adaptive diversification of cranial morphology among the higher taxa of Platyrrhini and also in species in most genera that apparently diversified in skull morphology by natural selection. The Growth Hormone (GH) is a multifunctional hormone, mainly produced by the pituitary gland of all vertebrates to modulate the metabolism and promote linear postnatal growth. The molecular evolution of GH has been extensively studied in a large number of vertebrate species, including primates. The rapid GH gene evolution on primates, especially on sites that are functionally important, suggest positive Darwinian selection. However, the hypothesis of purifying selection relaxation after multiple duplications of the GH locus cannot be ruled out either. The aim of this study was to investigate the molecular evolution of the GH gene on neotropical primates, trying to identify potential and functional differences between taxa. The analyses of Maximum likelihood of this work has shown that the ratio dN/dS in the GH1 gene of Neotropical primates are different among genera, demonstrating that the evolution of the GH1 in the Platyrrhini is not compatible with the neutral model of molecular evolution. These results suggest that the GH1 gene suffered positive selection at some sites inside the protein during the process of diversification of the Neotropical primates.