Phylogenetic comparative methods are a set of statistical methods that model the evolutionary history of species, especially in the context where one has data on certain traits of related extant species that have evolved over a phylogenetic tree in accordance to an underlying stochastic process.  This thesis presents a Hessian-based closed-form asymptotic confidence region that covers a wide family of Gaussian continuous-trait evolution models; the result has been implemented in an R package. Also, some analyses have been done on the simpler Brownian Motion and Ornstein-Uhlenbeck process cases; and this leads to novel exact confidence regions for the Brownian Motion’s parameters and a closed-form ’partial’ unbiased estimator for the Ornstein-Uhlenbeck process’ varaince-covariance matrix when other parameters are given.  The thesis contains two papers. Paper I is an applied work that uses discrete-trait speciation and extinction model to investigate early spread of COVID-19; it shows that it is possible to detect statistical signals of inter-continental spread of the virus from a very noisy world-wide phylogeny. Paper II is a more mathematical work that derived the closed-form formulae for the Hessian matrix of a wide family of Gaussian-process-based multivariate continuous-trait PCM models; accompanying with the Paper I have developed an R package called glinvci, publicly available on The Comprehensive R Archive Network (CRAN), that can compute Hessian-based confidence regions for these models while at the same time allowing users to have missing data and multiple evolutionary regimes. / <p><strong>Funding:</strong> Vetenskapsrådet [Grant 2017-04951] and STIMA.</p><p>2024-04-05: Series have been corrected in the e-version</p><p></p>

As vocalizações em anuros são comumente conspícuas e, até certo ponto, estereotipadas. Nesse grupo, o principal sinal acústico emitido por machos (canto de anúncio) basicamente codifica dois tipos de informação: a atração de fêmeas coespecíficas e o anúncio da posição do macho em atividade de vocalização, especialmente relevante na orientação espacial e delimitação de sítios de vocalização em espécies territoriais. Mais modernamente, com o devenvolvimento de métodos computacionais para incorporar a informação filogenética disponível para um dado grupo de organismos, tornou-se factível explorar tendências evolutivas e testar hipóteses adaptivas para de maneira mais apropriada, levando em conta a dependência filogenética dos táxons. Leptodactylinae é um grupo de anuros Neotropicais rico em espécies (ca. 95 spp.), cuja distribuição está essencialmente compreendida na região Neotropical. Esse táxon apresenta uma diversidade notável de vocalizações. A diversidade de padrões acústicos em Leptodactylidae por si só ressalta o potencial desse táxon representar um bom modelo para estudos focados no entendimento dos padrões e processos macroevolutivos envolvidos na evolução acústica nesse grupo de vertebrados. Nesse estudo, foi realizada uma revisão detalhada dos sinais acústicos reprodutivos, i.e. canto de anúncio, pela primeira vez analisados para esse táxon através de procedimentos e configurações padronizadas e com quantificações automatizadas. Os resultados das análises acústicas foram então associados aos padrões morfológicos na investigação dos padrões de diversidade críptica e reavaliação taxonômica de algumas populações e espécies em Leptodactylinae, além da abordagem comparativa a partir dos resultados obtidos das análises acústicas a fim de explorar as principais tendências e processos evolutivos dos sinais acústicos nesse grupo de anuros. Os resultados revelaram que existem diferentes padrões de diferenciação fenotípica nesse táxon, apontando para a necessidade de revisões taxonômicas em diferentes clados de Leptodactylinae, com resultados contundentes para o clado L. melanonotus (a reavaliação de sinônimos juniores nesse clado indicaram que duas espécies devem ser revalidadas) e Adenomera (reconhecimento de diversidade críptica em A. hylaedactyla com base em evidência acústica). A exploração de métodos comparativos filogenéticos relevou tendências evolutivas interessantes, como, por exemplo, os surgimentos e desaparecimentos recorrentes de estruturas temporais (pulsos) e mudanças acentuadas na estrutura espectral dos sinais acústicos (deslocamento da frequência fundamental em algumas espécies de Adenomera), tais fenômenos sem relação aparente com tamanho corporal ou estrutura dos habitats ocupados por essas espécies. Os dados acústicos oriundos desse estudo se mostraram eficazes nas resoluções taxonômicas em várias espécies de Leptodactylinae. Estudos futuros focando em aspectos da morfologia do aparato vocal, e biomecânica de produção de som, podem informativos acerca do entendimento dos processos envolvidos em distintos padrões acústicos reconhecidos em Leptodactylinae / In anurans, vocalizations are usually conspicuous and stereotyped to some extent. In this group, the major acoustic signal broadcast by males (advertisement signal/call) basically encodes two kinds of information: the attraction of conspecific females and the advertisement of the position of a calling male, maintaining male spacing functioning as an auditory cue in the delimitation of calling sites in territorial species. More recently, the development of computational methods as a means of incorporation of phylogenetic information available for a given group of organisms allowed scientists to explore evolutionary trends and to test for adaptative hypotheses more properly, taking into consideration phylogenetic dependence among taxa. Leptodactylinae is a species-rich taxon (ca. 95 spp.), whose distribution encompasses the Neotropical region. This frog group exhibits a remarkable diversity of vocalizations. This pattern in Leptodactylinae draws attention to the fact that this group could be a promising model organism to studies focused on macroevolutionary patterns and processes involved in the acoustic evolution in this vertebrate group. In the present study, a comprehensive acoustic review was conducted, and it was the first time for this group that the analytical procedures and standardized settings were employed in an automated fashion for the quantification of acoustic traits. The results of the acoustic analysis was then associated with morphological patterns as a means to investigate the patterns of cryptic diversity and taxonomic reappraisals for some populations and species, as well as the application of comparative methods from the results obtained to explore the major evolutionary trends and processes of acoustic traits in this frog group. The results revealed that there are distinctive patterns of phenotypic differentiation present across Leptodactylinae clades, which indicate that taxonomic reassessments are required, particularly in the L. melanonotus clade (revaluation of the junior synonyms showed that two species should be relavalidated) and Adenomera (cryptic diversity was uncovered under the name A. hylaedactyla based on acoustic evidence). The phylogenetic comparative methods recovered interesting evolutionary trends as, for instance, the convergent appearances and losses of structures related to the time domain (pulses) and remarkable changes in the frequency domain (doubling of the fundamental frequency in some species of Adenomera), both phenomena being apparently unrelated to differences in body size or calling habitats. The acoustic data gathered here was efficient in species discrimination and should represent a good line of evidence to address species-level taxonomy in Leptodactylinae. Future research focused on aspects of the vocal apparatus and the mechanisms of sound production might tell us more about the evolutionary processes involved in the distinctive acoustic patterns that were recognized in Leptodactylinae

Radiações evolutivas estão entre os eventos mais fascinantes da evolução. Grande parte da diversidade da vida, tanto de espécies como ecológica, surgiu nos breves intervalos temporais de rápida especiação que configuram as radiações. As causas ecológicas e não-ecológicas do surgimento da diversidade em radiações evolutivas, em especial nas radiações adaptativas, são tema de pesquisa há muito tempo, pelo menos desde que Darwin observou a imensa diversidade de um grupo de pássaros nas ilhas Galápagos. Desde então, as ilhas têm sido os ambientes ideais para o estudo desse fenômeno, e foi a partir das observações e experimentos em ilhas que toda a teoria ecológica das radiações evolutivas surgiu. Contudo, as causas ecológicas das radiações explosivas ocorridas em amplas escalas continentais permanecem tema de constante debate. Nesta tese, foram investigados os determinantes ecológicos e não-ecológicos (e.g., geografia, contingências históricas, efeitos filogenéticos) da evolução morfológica dos roedores sigmodontíneos durante sua radiação na região Neotropical, em especial no continente sul-americano. Para isso, foi quantificada a morfologia do crânio e mandíbula de mais de dois mil exemplares do grupo, e foram investigadas variações ecomorfológicas nos níveis interespecífico (I), intraespecífico (II), e entre assembleias de sigmodontíneos (III). Na Parte I da tese, foram investigadas duas predições da teoria da radiação adaptativa, a correlação-fenótipo ambiente (capítulo 1) e a funcionalidade do fenótipo através da força da mordida (capítulo 2), permitindo determinar o papel da divergência ecológica na evolução morfológica das espécies. Na Parte II (capítulo 3), foram investigadas as contribuições relativas de processos determinísticos e neutros sobre a variação morfológica entre populações de uma espécie de roedor sigmodontíneo amplamente distribuída, Akodon cursor. Na Parte III, a influência da variação ambiental e da distribuição espacial das linhagens filogenéticas de sigmodontíneos sobre o tamanho corporal (capítulo 4) e forma do crânio e mandíbula (capítulo 5), foram investigados no contexto biogeográfico da variação no tamanho e forma média entre assembleias de sigmodontíneos. As contribuições originais desta tese foram: (i) mostrar que a radiação evolutiva dos roedores sigmodontíneos foi guiada principalmente por fatores históricos e geográficos ao invés de fatores ecológicos; (ii) sugerir que radiações evolutivas ocorridas em escalas continentais, especialmente de roedores, têm um componente geográfico e histórico mais determinante do que o componente ecológico; (iii) revelar que a força da mordida varia pouco entre roedores sigmodontíneos herbívoros e granívoros, o que provavelmente é resultado do fenótipo generalista desses roedores; (iv) apontar que sigmodontíneos com dieta insetívora têm uma taxa de evolução mais rápida, e parecem estar evoluindo sua forma do crânio/mandíbula e sua força da mordida em uma direção diferente das demais espécies; (v) demonstrar que, dentro de uma espécie de sigmodontíneo (Akodon cursor), fluxo gênico e deriva genética explicam melhor a forma do crânio entre populações, enquanto a variação ambiental explica melhor o tamanho do crânio, indicando que o tamanho é uma característica mais lábil e mais sujeita a pressões ambientais do que a forma do crânio; (vi) mostrar que a variação biogeográfica, tanto do tamanho quanto da forma média do crânio/mandíbula entre assembleias de sigmodontíneos, está sob influência da distribuição diferencial das linhagens filogenéticas ao longo do espaço geográfico, bem como de variáveis ambientais; o que indica conservação filogenética de nicho à nível de metacomunidades. De modo geral, ao investigar as contribuições relativas dos componentes adaptativo e não-adaptativo da evolução morfológica, foram obtidas informações importantes para conhecer as causas da diversificação morfológica em Sigmodontinae, aumentando nosso conhecimento sobre as origens de toda a diversidade biológica. / Evolutionary radiations are among the most fascinating phenomena of evolution. Most of the biological diversity on the planet, both in terms of species and ecological diversity, appeared during these brief intervals of rapid speciation. The ecological and non-ecological causes of the emergence of diversity in evolutionary radiations, especially in adaptive radiations, have long been the subject of research, beginning with Darwin and his notice of the astonishing diversity of bird forms in the Galapagos Islands. Islands have since been ideal environments in which to study evolutionary and adaptive radiations, and indeed it was from observations and experiments on islands that all ecological theory of evolutionary radiations arose. However, the ecological causes of explosive radiations occurring on large continental scales are still a matter of debate. In this dissertation, I investigated the ecological and non-ecological (e.g., geography, historical contingencies, phylogenetic effects) determinants of morphological evolution in sigmodontine rodents during their radiation in the Neotropical region, particularly on the South-American continent. The skull and mandible morphology of more than two thousand specimens was quantified, and ecomorphological variation was investigated on three levels: interspecific (I), intraspecific (II), and among sigmodontine assemblages (III). In part I, two predictions from the ecological theory of adaptive radiation were investigated: the phenotype-environment correlation (chapter 1), and the trait utility through the bite force (chapter 2). This approach enabled determination of the role of ecological divergence in species morphological evolution. In part II (chapter 3), I investigated the relative contributions of deterministic and neutral processes to morphological variation among populations of one widely distributed sigmodontine species, Akodon cursor. In part III, I investigated the influence of environmental variation and spatial distribution of phylogenetic lineages on body size (chapter 4) and on shape of the skull and mandible (chapter 5), in the context of biogeographical variation of mean size and shape in sigmodontine assemblages. The original contributions of this dissertation are as follows: (i) to demonstrate that the evolutionary radiation of sigmodontines was driven mainly by historical and geographical factors instead of ecological factors; (ii) to suggest that evolutionary radiations on continental scales, especially rodent radiations, have a more determinant historical and geographical component than an ecological one; (iii) to show small variation in bite force between sigmodontine herbivores and granivores, which is likely a consequence of the generalist phenotype of these rodents; (iv) to highlight that insectivorous sigmodontines have a faster rate of morphological evolution than other diet groups, and that skull and mandible morphology and bite force are evolving in different directions than in other species; (v) to demonstrate that within a sigmodontine species (Akodon cursor), gene flow and genetic drift better explain variation in skull shape among populations, while environmental variation better explains variation in skull size, which suggests that size is more labile feature than shape and thus more prone to change with environmental pressures; and (vi) to show that biogeographical variation in mean body size, mean skull shape, and mean mandible shape across sigmodontine assemblages is influenced by the different distributions of phylogenetic lineages over geographical space, as well by environmental variables, which indicates phylogenetic niche conservatism at the metacommunity level. These results shed light on some of the factors driving morphological diversification in Sigmodontinae. Further, the analytical approach(es) utilized may be useful for general investigations of the relative contributions of adaptive and non-adaptive components of morphological evolution, thereby potentially increasing our knowledge of the origins of all biological diversity.

Radiações evolutivas estão entre os eventos mais fascinantes da evolução. Grande parte da diversidade da vida, tanto de espécies como ecológica, surgiu nos breves intervalos temporais de rápida especiação que configuram as radiações. As causas ecológicas e não-ecológicas do surgimento da diversidade em radiações evolutivas, em especial nas radiações adaptativas, são tema de pesquisa há muito tempo, pelo menos desde que Darwin observou a imensa diversidade de um grupo de pássaros nas ilhas Galápagos. Desde então, as ilhas têm sido os ambientes ideais para o estudo desse fenômeno, e foi a partir das observações e experimentos em ilhas que toda a teoria ecológica das radiações evolutivas surgiu. Contudo, as causas ecológicas das radiações explosivas ocorridas em amplas escalas continentais permanecem tema de constante debate. Nesta tese, foram investigados os determinantes ecológicos e não-ecológicos (e.g., geografia, contingências históricas, efeitos filogenéticos) da evolução morfológica dos roedores sigmodontíneos durante sua radiação na região Neotropical, em especial no continente sul-americano. Para isso, foi quantificada a morfologia do crânio e mandíbula de mais de dois mil exemplares do grupo, e foram investigadas variações ecomorfológicas nos níveis interespecífico (I), intraespecífico (II), e entre assembleias de sigmodontíneos (III). Na Parte I da tese, foram investigadas duas predições da teoria da radiação adaptativa, a correlação-fenótipo ambiente (capítulo 1) e a funcionalidade do fenótipo através da força da mordida (capítulo 2), permitindo determinar o papel da divergência ecológica na evolução morfológica das espécies. Na Parte II (capítulo 3), foram investigadas as contribuições relativas de processos determinísticos e neutros sobre a variação morfológica entre populações de uma espécie de roedor sigmodontíneo amplamente distribuída, Akodon cursor. Na Parte III, a influência da variação ambiental e da distribuição espacial das linhagens filogenéticas de sigmodontíneos sobre o tamanho corporal (capítulo 4) e forma do crânio e mandíbula (capítulo 5), foram investigados no contexto biogeográfico da variação no tamanho e forma média entre assembleias de sigmodontíneos. As contribuições originais desta tese foram: (i) mostrar que a radiação evolutiva dos roedores sigmodontíneos foi guiada principalmente por fatores históricos e geográficos ao invés de fatores ecológicos; (ii) sugerir que radiações evolutivas ocorridas em escalas continentais, especialmente de roedores, têm um componente geográfico e histórico mais determinante do que o componente ecológico; (iii) revelar que a força da mordida varia pouco entre roedores sigmodontíneos herbívoros e granívoros, o que provavelmente é resultado do fenótipo generalista desses roedores; (iv) apontar que sigmodontíneos com dieta insetívora têm uma taxa de evolução mais rápida, e parecem estar evoluindo sua forma do crânio/mandíbula e sua força da mordida em uma direção diferente das demais espécies; (v) demonstrar que, dentro de uma espécie de sigmodontíneo (Akodon cursor), fluxo gênico e deriva genética explicam melhor a forma do crânio entre populações, enquanto a variação ambiental explica melhor o tamanho do crânio, indicando que o tamanho é uma característica mais lábil e mais sujeita a pressões ambientais do que a forma do crânio; (vi) mostrar que a variação biogeográfica, tanto do tamanho quanto da forma média do crânio/mandíbula entre assembleias de sigmodontíneos, está sob influência da distribuição diferencial das linhagens filogenéticas ao longo do espaço geográfico, bem como de variáveis ambientais; o que indica conservação filogenética de nicho à nível de metacomunidades. De modo geral, ao investigar as contribuições relativas dos componentes adaptativo e não-adaptativo da evolução morfológica, foram obtidas informações importantes para conhecer as causas da diversificação morfológica em Sigmodontinae, aumentando nosso conhecimento sobre as origens de toda a diversidade biológica. / Evolutionary radiations are among the most fascinating phenomena of evolution. Most of the biological diversity on the planet, both in terms of species and ecological diversity, appeared during these brief intervals of rapid speciation. The ecological and non-ecological causes of the emergence of diversity in evolutionary radiations, especially in adaptive radiations, have long been the subject of research, beginning with Darwin and his notice of the astonishing diversity of bird forms in the Galapagos Islands. Islands have since been ideal environments in which to study evolutionary and adaptive radiations, and indeed it was from observations and experiments on islands that all ecological theory of evolutionary radiations arose. However, the ecological causes of explosive radiations occurring on large continental scales are still a matter of debate. In this dissertation, I investigated the ecological and non-ecological (e.g., geography, historical contingencies, phylogenetic effects) determinants of morphological evolution in sigmodontine rodents during their radiation in the Neotropical region, particularly on the South-American continent. The skull and mandible morphology of more than two thousand specimens was quantified, and ecomorphological variation was investigated on three levels: interspecific (I), intraspecific (II), and among sigmodontine assemblages (III). In part I, two predictions from the ecological theory of adaptive radiation were investigated: the phenotype-environment correlation (chapter 1), and the trait utility through the bite force (chapter 2). This approach enabled determination of the role of ecological divergence in species morphological evolution. In part II (chapter 3), I investigated the relative contributions of deterministic and neutral processes to morphological variation among populations of one widely distributed sigmodontine species, Akodon cursor. In part III, I investigated the influence of environmental variation and spatial distribution of phylogenetic lineages on body size (chapter 4) and on shape of the skull and mandible (chapter 5), in the context of biogeographical variation of mean size and shape in sigmodontine assemblages. The original contributions of this dissertation are as follows: (i) to demonstrate that the evolutionary radiation of sigmodontines was driven mainly by historical and geographical factors instead of ecological factors; (ii) to suggest that evolutionary radiations on continental scales, especially rodent radiations, have a more determinant historical and geographical component than an ecological one; (iii) to show small variation in bite force between sigmodontine herbivores and granivores, which is likely a consequence of the generalist phenotype of these rodents; (iv) to highlight that insectivorous sigmodontines have a faster rate of morphological evolution than other diet groups, and that skull and mandible morphology and bite force are evolving in different directions than in other species; (v) to demonstrate that within a sigmodontine species (Akodon cursor), gene flow and genetic drift better explain variation in skull shape among populations, while environmental variation better explains variation in skull size, which suggests that size is more labile feature than shape and thus more prone to change with environmental pressures; and (vi) to show that biogeographical variation in mean body size, mean skull shape, and mean mandible shape across sigmodontine assemblages is influenced by the different distributions of phylogenetic lineages over geographical space, as well by environmental variables, which indicates phylogenetic niche conservatism at the metacommunity level. These results shed light on some of the factors driving morphological diversification in Sigmodontinae. Further, the analytical approach(es) utilized may be useful for general investigations of the relative contributions of adaptive and non-adaptive components of morphological evolution, thereby potentially increasing our knowledge of the origins of all biological diversity.

Radiações evolutivas estão entre os eventos mais fascinantes da evolução. Grande parte da diversidade da vida, tanto de espécies como ecológica, surgiu nos breves intervalos temporais de rápida especiação que configuram as radiações. As causas ecológicas e não-ecológicas do surgimento da diversidade em radiações evolutivas, em especial nas radiações adaptativas, são tema de pesquisa há muito tempo, pelo menos desde que Darwin observou a imensa diversidade de um grupo de pássaros nas ilhas Galápagos. Desde então, as ilhas têm sido os ambientes ideais para o estudo desse fenômeno, e foi a partir das observações e experimentos em ilhas que toda a teoria ecológica das radiações evolutivas surgiu. Contudo, as causas ecológicas das radiações explosivas ocorridas em amplas escalas continentais permanecem tema de constante debate. Nesta tese, foram investigados os determinantes ecológicos e não-ecológicos (e.g., geografia, contingências históricas, efeitos filogenéticos) da evolução morfológica dos roedores sigmodontíneos durante sua radiação na região Neotropical, em especial no continente sul-americano. Para isso, foi quantificada a morfologia do crânio e mandíbula de mais de dois mil exemplares do grupo, e foram investigadas variações ecomorfológicas nos níveis interespecífico (I), intraespecífico (II), e entre assembleias de sigmodontíneos (III). Na Parte I da tese, foram investigadas duas predições da teoria da radiação adaptativa, a correlação-fenótipo ambiente (capítulo 1) e a funcionalidade do fenótipo através da força da mordida (capítulo 2), permitindo determinar o papel da divergência ecológica na evolução morfológica das espécies. Na Parte II (capítulo 3), foram investigadas as contribuições relativas de processos determinísticos e neutros sobre a variação morfológica entre populações de uma espécie de roedor sigmodontíneo amplamente distribuída, Akodon cursor. Na Parte III, a influência da variação ambiental e da distribuição espacial das linhagens filogenéticas de sigmodontíneos sobre o tamanho corporal (capítulo 4) e forma do crânio e mandíbula (capítulo 5), foram investigados no contexto biogeográfico da variação no tamanho e forma média entre assembleias de sigmodontíneos. As contribuições originais desta tese foram: (i) mostrar que a radiação evolutiva dos roedores sigmodontíneos foi guiada principalmente por fatores históricos e geográficos ao invés de fatores ecológicos; (ii) sugerir que radiações evolutivas ocorridas em escalas continentais, especialmente de roedores, têm um componente geográfico e histórico mais determinante do que o componente ecológico; (iii) revelar que a força da mordida varia pouco entre roedores sigmodontíneos herbívoros e granívoros, o que provavelmente é resultado do fenótipo generalista desses roedores; (iv) apontar que sigmodontíneos com dieta insetívora têm uma taxa de evolução mais rápida, e parecem estar evoluindo sua forma do crânio/mandíbula e sua força da mordida em uma direção diferente das demais espécies; (v) demonstrar que, dentro de uma espécie de sigmodontíneo (Akodon cursor), fluxo gênico e deriva genética explicam melhor a forma do crânio entre populações, enquanto a variação ambiental explica melhor o tamanho do crânio, indicando que o tamanho é uma característica mais lábil e mais sujeita a pressões ambientais do que a forma do crânio; (vi) mostrar que a variação biogeográfica, tanto do tamanho quanto da forma média do crânio/mandíbula entre assembleias de sigmodontíneos, está sob influência da distribuição diferencial das linhagens filogenéticas ao longo do espaço geográfico, bem como de variáveis ambientais; o que indica conservação filogenética de nicho à nível de metacomunidades. De modo geral, ao investigar as contribuições relativas dos componentes adaptativo e não-adaptativo da evolução morfológica, foram obtidas informações importantes para conhecer as causas da diversificação morfológica em Sigmodontinae, aumentando nosso conhecimento sobre as origens de toda a diversidade biológica. / Evolutionary radiations are among the most fascinating phenomena of evolution. Most of the biological diversity on the planet, both in terms of species and ecological diversity, appeared during these brief intervals of rapid speciation. The ecological and non-ecological causes of the emergence of diversity in evolutionary radiations, especially in adaptive radiations, have long been the subject of research, beginning with Darwin and his notice of the astonishing diversity of bird forms in the Galapagos Islands. Islands have since been ideal environments in which to study evolutionary and adaptive radiations, and indeed it was from observations and experiments on islands that all ecological theory of evolutionary radiations arose. However, the ecological causes of explosive radiations occurring on large continental scales are still a matter of debate. In this dissertation, I investigated the ecological and non-ecological (e.g., geography, historical contingencies, phylogenetic effects) determinants of morphological evolution in sigmodontine rodents during their radiation in the Neotropical region, particularly on the South-American continent. The skull and mandible morphology of more than two thousand specimens was quantified, and ecomorphological variation was investigated on three levels: interspecific (I), intraspecific (II), and among sigmodontine assemblages (III). In part I, two predictions from the ecological theory of adaptive radiation were investigated: the phenotype-environment correlation (chapter 1), and the trait utility through the bite force (chapter 2). This approach enabled determination of the role of ecological divergence in species morphological evolution. In part II (chapter 3), I investigated the relative contributions of deterministic and neutral processes to morphological variation among populations of one widely distributed sigmodontine species, Akodon cursor. In part III, I investigated the influence of environmental variation and spatial distribution of phylogenetic lineages on body size (chapter 4) and on shape of the skull and mandible (chapter 5), in the context of biogeographical variation of mean size and shape in sigmodontine assemblages. The original contributions of this dissertation are as follows: (i) to demonstrate that the evolutionary radiation of sigmodontines was driven mainly by historical and geographical factors instead of ecological factors; (ii) to suggest that evolutionary radiations on continental scales, especially rodent radiations, have a more determinant historical and geographical component than an ecological one; (iii) to show small variation in bite force between sigmodontine herbivores and granivores, which is likely a consequence of the generalist phenotype of these rodents; (iv) to highlight that insectivorous sigmodontines have a faster rate of morphological evolution than other diet groups, and that skull and mandible morphology and bite force are evolving in different directions than in other species; (v) to demonstrate that within a sigmodontine species (Akodon cursor), gene flow and genetic drift better explain variation in skull shape among populations, while environmental variation better explains variation in skull size, which suggests that size is more labile feature than shape and thus more prone to change with environmental pressures; and (vi) to show that biogeographical variation in mean body size, mean skull shape, and mean mandible shape across sigmodontine assemblages is influenced by the different distributions of phylogenetic lineages over geographical space, as well by environmental variables, which indicates phylogenetic niche conservatism at the metacommunity level. These results shed light on some of the factors driving morphological diversification in Sigmodontinae. Further, the analytical approach(es) utilized may be useful for general investigations of the relative contributions of adaptive and non-adaptive components of morphological evolution, thereby potentially increasing our knowledge of the origins of all biological diversity.

Der Bewegungsapparat der Sciuromorpha, einer monophyletische Gruppe von ca. 300 Arten, wurde verwendet um den Effekt der Lebensweise und der Körpermasse auf die Scapula- und Femurmorphologie zu untersuchen. Diese Nagetierklade weist eine breite Vielfalt an Lebensweisen (arboreal, fossoriell, aerial) als auch Körpermassen (drei Größenordnungen umfassend) auf. Die fossorielle Lebensweise hat sich höchstwahrscheinlich dreimal unabhängig von einem arborealen Vorfahren entwickelt. Mehr als die Hälfte der rezenten Arten wurden untersucht. Die Scapulae wurden fotografiert, während Computertomographie (CT) und Oberflächenlaserscans für die Femora verwendet wurden. Es wurden funktionsrelevante Merkmale analysiert, wie die effektive Länge der Skelettelemente, die Muskeleigenschaften soweit aus der Geometrie der Knochen ableitbar, sowie die Robustheit. Die CT-Scans wurden verwendet, um die Querschnitts- und Trabekeleigenschaften des Femurs zu analysieren. Die Gestalt wurde mittels geometrischer Morphometrie untersucht. Phylogenetic comparative methods wurden unter anderem verwendet, um den Einfluss der Phylogenie zu beurteilen als auch, ob sich die unabhängige Aneignung einer fossoriellen Lebensweise in der Evolution homoplastischer Morphologien widerspiegelt. Die Phylogenie spielte bei der Merkmalsevolution eine vernachlässigbare Rolle. Das Auftreten signifikanter Merkmalsunterschiede zwischen den Lebensweisen sowie allometrischer Anpassungen aufgrund Veränderungen in der Körpermasse hingen von dem jeweiligen Merkmal ab. Bei einigen Merkmalen unterschied sich der Einfluss der Körpermasse signifikant zwischen den einzelnen Lebensweisen, was aber nicht die Regel zu sein scheint. Die Evolution homoplastischer Morphologien war sehr unwahrscheinlich bei den fossoriellen Gruppen. Diese Ergebnisse deuten auf eine komplexe, aber adaptive Evolutionsgeschichte dieser Skelettelemente bei den Sciuromorpha hin. / The vertebrate locomotor apparatus of Sciuromorpha, a monophyletic group of ca. 300 species, was used to investigate the effect of lifestyle and body mass on the scapular and femoral morphology. This rodent clade displays a broad diversity of lifestyles (arboreal, fossorial, aerial) and body masses spanning three orders of magnitude. The fossorial lifestyle evolved most probably three times independently from an arboreal ancestor. More than half of the extant species were included. Scapulae were photographed and computed tomography (CT) and surface laser scans were acquired for the femora. Functionally relevant traits were analysed, e.g., the effective length of the skeletal element, the properties of attaching muscles as inferred from the geometry of the bones, and robustness properties. The CT scans were used to analyse the cross-sectional and trabecular properties of the femur. Bone shape was investigated using geometric morphometrics. Phylogenetic comparative methods were utilized, e.g., to assess phylogenetic inertia and whether the independent acquisition of a fossorial lifestyle is reflected in the evolution of homoplastic morphologies. Phylogenetic inertia played a neglectable role in the trait evolution. Significant differences among lifestyles as well as allometric scaling adjustments depended on the trait under consideration. For some traits, scaling differed significantly among lifestyles, although this did not appear to be the rule. Morphological homoplasy was unlikely among the fossorial groups. The results suggest a complex, but adaptive evolutionary history of these skeletal elements in Sciuromorpha.

Ökomorphologische Konvergenz tritt auf, wenn Arten mit demselben Lebensstil unabhängig voneinander ähnliche morphologische Merkmale evolvieren. Neue Fallstudien können dabei helfen, die diesem Prozess zugrunde liegenden Mechanismen aufzuklären. Diese Arbeit befasst sich mit einigen konvergent evolvierten, langsamen, baumbewohnenden Säugetieren, d. h. zwei Linien baumlebender Faultieren, dem Zwergameisenbär, den Lorisiden, zwei Kladen ausgestorbener Lemuren, d. h. Paläopropithekiden und Megaladapis, und dem Koala. Es werden funktionsmorphologische Konvergenzen in diesen Taxa erforscht, indem ihr Humerus und ihr Femur sowie jene ihrer nah verwandten, aber ökologisch unterschiedlichen Taxa untersucht werden. Erstmals werden Knochen mittels phylogenetisch vergleichender Methoden auf vier anatomischen Ebenen, d.h. äußere Form, diaphysäre Mikrostruktur und Anatomie sowie epiphysäre Trabekelarchitektur, analysiert. Viele langsame, baumbewohnende Säugetiere teilen eine geringe kortikale Kompaktheit, was wahrscheinlich mit ihrer extrem niedrigen Stoffwechselrate und ihren biomechanischen Anforderungen zusammenhängt. Langsame, arboreale Xenarthra, d. h. baumbewohnende Faultiere und der Zwergameisenbär, weisen ein Muster unvollständiger Konvergenz für eine Reihe äußerer und innerer anatomischer Merkmale auf, was möglicherweise durch die relativ unterschiedliche Ökologie des Zwergameisenbären erklärt wird. Auf einer breiteren Säugetierskala konvergieren andere Merkmale, die möglicherweise mit der Ökologie der langsamen baumbewohnenden Lebensweise in einigen der untersuchten Taxa zusammenhängen, obwohl komplexe Muster auch durch andere evolutionäre Prozesse erklärt werden können. Nur suspensorisch lebende Taxa tragen signifikant zur Konvergenz bei. Diese Arbeit hebt die stärkere Konvergenz hervor, die sich in der inneren Struktur des Knochens widerspiegelt. / Ecomorphological convergence occurs when similar morphological traits are independently evolved by species with the same lifestyle. Novel case studies can help to elucidate the underlying mechanisms of this process. This work addresses some convergent slow arboreal mammals, i.e. two lineages of ‘tree sloths’, the silky anteater, ‘Lorisidae’, two clades of extinct lemurs, i.e. palaeopropithecids and Megaladapis, and the koala. Functional morphological convergences are searched in these taxa, studying their humerus and femur as well as those of their closely related ecologically distinct taxa. For the first time, bones are analyzed at four anatomical levels, i.e. external shape, diaphyseal microstructure and anatomy and epiphyseal trabecular architecture, through phylogenetic comparative methods. Many slow arboreal mammals share a low cortical compactness, probably related to their extremely low metabolic rate and biomechanical demands. Slow arboreal xenarthrans, i.e. ‘tree sloths’ and the silky anteater, exhibit a pattern of incomplete convergence for a set of external and internal anatomical features, possibly explained by the relatively distinct ecology of the silky anteater. On a wider mammalian scale, other traits possibly related to slow arboreal ecology converge in some of the studied taxa, although with complex patterns also explained by other evolutionary processes. Only suspensory taxa significantly contribute to convergence. This thesis highlights the stronger convergence reflected by bone internal structure. By providing potential explanations for convergence in slow arboreal mammals, the inherent complexity of this process is here emphasized.

No description available.

No description available.

<p>Conservatism is a central theme of organismic evolution. Related species share characteristics due to their common ancestry. Some concern have been raised among evolutionary biologists, whether such conservatism is an expression of natural selection or of a constrained ability to adapt.</p><p>This thesis explores adaptations and constraints within the plant reproductive phase, particularly in relation to the evolution of fleshy fruit types (berries, drupes, etc.) and the seasonal timing of flowering and fruiting. The different studies were arranged along a hierarchy of scale, with general data sets sampled among seed plants at the global scale, through more specific analyses of character evolution within the genus <i>Rhamnus </i>s.l. L. (Rhamnaceae), to descriptive and experimental field studies in a local population of <i>Frangula alnus</i> (Rhamnaceae). Apart from the field study, this thesis is mainly based on comparative methods explicitly incorporating phylogenetic relationships. The comparative study of <i>Rhamnus</i> s.l. species included the reconstruction of phylogenetic hypotheses based on DNA sequences.</p><p>Among geographically overlapping sister clades, biotic pollination was not correlated with higher species richness when compared to wind pollinated plants. Among woody plants, clades characterized by fleshy fruit types were more species rich than their dry-fruited sister clades, suggesting that the fleshy fruit is a key innovation in woody habitats. Moreover, evolution of fleshy fruits was correlated with a change to more closed (darker) habitats.</p><p>An independent contrast study within <i>Rhamnus</i> s.l. documented allometric relations between plant and fruit size. As a phylogenetic constraint, allometric effects must be considered weak or non-existent, though, as they did not prevail among different subclades within <i>Rhamnus</i> s.l. Fruit size was correlated with seed size and seed number in <i>F. alnus</i>. This thesis suggests that frugivore selection on fleshy fruit may be important by constraining the upper limits of fruit size, when a plant lineage is colonizing (darker) habitats where larger seed size is adaptive.</p><p>Phenological correlations with fruit set, dispersal, and seed size in <i>F. alnus</i>, suggested that the evolution of reproductive phenology is constrained by trade-offs and partial interdependences between flowering, fruiting, dispersal, and recruitment phases. Phylogenetic constraints on the evolution of phenology were indicated by a lack of correlation between flowering time and seasonal length within <i>Rhamnus cathartica</i> and <i>F. alnus</i>, respectively. On the other hand, flowering time was correlated with seasonal length among <i>Rhamnus</i> s.l. species. Phenological differences between biotically and wind pollinated angiosperms also suggested adaptive change in reproductive phenology.</p> / <p>Äpplet faller inte långt från trädet. Men varför? Den biologiska mångfalden präglas i stor utsträckning av fylogenetiskt bevarade karaktärsdrag; närbesläktade arter är lika. Det pågår en diskussion bland evolutionsbiologer om i vilken utsträckning denna konservatism är ett resultat av naturlig selektion eller av en begränsad anpassningsförmåga.</p><p>Denna avhandling diskuterar begreppet evolutionära begränsningar i relation till den reproduktiva fasen hos växter. I fokus ligger särskilt evolutionen av bärliknande (endozoochora) frukter respektive evolutionen av säsongsmässiga mönster (fenologi) för blomning och fruktsättning. Avhandlingen är hierarkiskt organiserad så att olika delstudier gjordes på olika skalnivåer: fenologi- och fruktevolution analyserades för fröväxter respektive gömfröiga växter; inom brakvedssläktena Rhamnus och Frangula (Rhamnaceae); samt för en lokal population av brakved (Frangula alnus). Populationsstudien baserades på såväl experimentella som deskriptiva data, medan övriga studier i huvudsak genomfördes med fylogenetisk komparativ metodik baserade på litteraturdata. Som en del av de komparativa studierna rekonstruerades fylogenetiska hypoteser för Rhamnus s.l. utifrån DNA-sekvenser (ITS, trnL-F), vilka gav stöd för att Frangula och Rhamnus är monofyletiska systersläkten.</p><p>I en biogeografiskt kontrollerad fylogenetisk kontrastanalys upptäcktes inga skillnader i artrikedom mellan djur- och vindpollinerade växter. Bärliknande frukter verkar dock vara en betydelsefull karaktär (key innovation) i skogsmiljöer. För det första var fylogenetiska klader med bärliknande frukter mer artrika än systerklader med torra frukter. Dessutom var uppkomster av bärliknande frukt korrelerad till habitat med mer sluten vegetation.</p><p>En fylogenetisk kontrastanalys av allometriska effekter visade på en positiv korrelation mellan växtindividens och fruktens storlek inom Rhamnus s.l. Upprepade analyser av dessa allometriska samband i olika monofyletiska subklader inom Rhamnus s.l. indikerar dock att allometri, såsom evolutionär begränsning, är svag. I populationsstudien av F. alnus var fruktstorlek positivt korrelerad till såväl fröantal som frövikt. En generell hypotes utifrån denna avhandling blir därför att frugivorer (de djur som äter bären och därmed sprider växtens frön) utövar ett starkt selektionstryck på växter som koloniserar ett habitat där fröstorlek är adaptivt, eftersom fruktstorlek påverkar frugivorernas (ssk. fåglars) sätt att hantera frukten.</p><p>Reproduktiv fenologi var korrelerad till fruktsättning, fröspridning och fröstorlek hos F. alnus. Detta stödjer tanken att evolutionen av blomnings- och fruktsättningstider begränsas av avvägningar (trade-offs) och partiella beroenden mellan blomning-, fruktsättnings-, spridnings och rekryteringsfaserna. Inomartsvariation i blomningstid för F. alnus respektive getapel (Rhamnus cathartica) över en nordeuropeisk latitudinell transekt var inte korrelerad till säsongslängd, vilket antyder att utvecklingen av blomningstider är evolutionärt begränsad. Å andra sidan påvisades en sådan korrelation mellan blomningstid och säsongslängd i en mellanartsstudie inom Rhamnus s.l. Den fylogenetiska kontrastanalysen mellan djur- och vindpollinerade växter visade också på adaptiva skillnader i fenologi. Blomningstiderna inom en klad med biotiskt pollinerade arter var mer åtskilda än inom den vindpollinerade systerkladen, och den välkända iakttagelsen att vindpollinerade träd blommor tidigare på säsongen fick även stöd i ett fylogenetiskt komparativt perspektiv.</p>