The rate of evolution is a fundamental unifying concept in evolutionary biology and sets the stage for the investigation of genotypic, phenotypic and taxonomic biodiversity. This thesis specifically examined the rate of phenotypic evolution using discrete morphological characters, which are relatively understudied for this purpose compared to continuously-valued characters and traits. I first focused on heterogeneity in rates among characters in phylogenetic analysis. I used Bayesian model selection tools and 77 matrices of discrete morphological characters to show that a) models incorporating rate-heterogeneity among characters in phylogenetic analysis were preferred over equal-rates models in 80–88% of matrices, suggesting rate heterogeneity is a common property of these data sets, and b) although most data sets were equivocal, there was some weak support for a recently formulated hypothesis that the lognormal distribution is more appropriate to model such variation relative to the commonly used gamma distribution. I then focused on estimating absolute rates of evolution of discrete morphological characters in a phylogenetic context. I extended previous methods to better incorporate phylogenetic and divergence time uncertainty using distributions of dated phylogenies derived from independent data. I used modern birds as a case study and performed a large Bayesian divergence time study of a comprehensive sample of 310 modern bird genera to provide a posterior sample of 10 000 dated trees to estimate absolute rates of evolution. This analysis, based on 23 fossil calibrations and a multigene molecular supermatrix of existing sequences, although qualified by uncertainty in estimated relationships and divergence times, estimated that the basal radiation of Neoaves occurred within a relatively short interval in the Late Cretaceous. Many lineages were estimated to cross the Cretaceous–Paleogene (K–Pg) boundary while within order diversification of crown groups was nearly exclusively in the Cenozoic. Finally, I employed this tree distribution along with another recently published tree distribution to estimate absolute rates of phenotypic evolution using both maximum parsimony and likelihood-based methods using an existing comprehensive data set of discrete avian anatomical characters. Incorporating phylogenetic and divergence time uncertainty, estimated rates of evolution were found to be highly variable and had a complex multimodal distribution through time when visualized across 10 000 dated trees. Combined with an analysis of rates of evolution across clades, maximum clade credibility trees, and a correlation test of rates against time, the results were complex, but in aggregate, were consistent with the hypothesis of an early-burst of higher rates of phenotypic evolution in modern birds. / Le taux d'évolution est un concept fondamental unificateur en biologie évolutive, et ouvre la voie à l'étude de la biodiversité génotypique, phénotypique et taxonomique. La présente thèse a examiné de manière spécifique le taux d'évolution phénotypique à l'aide de charactères morphologiques discrètes, qui sont relativement peu étudiés dans cette optique comparativement aux traits et charactèrs à valeur continue. Premièrement, je me suis penché sur l'hétérogénéité des taux dans les caractères d'analyse phylogénétique. Les outils de sélection du modèle Bayesien ainsi que 77 matrices de charactères morphologiques discrets ont été utilisé afin de démontrer que a) les modèles incorporant l'hétérogenéité destaux dans les charactères d'analyse phylogénétique étaient préférées des modèles à taux égaux dans 80 à 88% des matrices, ce qui suggère que l'hétérogénéité est une charactéristique commune dans les ensembles de données, et b) bien que la plupart des ensembles de données étaient équivoques, il y avait un faible appui pour l'hypothèse formulée récemment que la distribution log-normale est plus appropriée pour modéliser les variations relatives que la distribution gamma couramment utilisée. Ensuite, je me suis concentré sur l'esmination des taux absolus d'évolution des charactères morphologiques discrets dans un contexte phylogénétique. J'ai étendu des méthodes existantes afin de mieux incorporer lesincertitudes phylogénétique et de divergence temporelle en utilisant des distributions de phylogénies datées extraits de données indépendantes. J'ai utilisé les oiseaux modernes comme étude de cas et j'ai effectué une grande étude Bayesien de divergence temporelle d'un échantillon exhaustif de 310 genera d'oiseaux modernes pour y extraire un échantillon postérieur de 10 000 arbres datées, dans le but d'arriver à une estimation absolue des taux d'évolution. Cette analyse, qui est basée sur vingt-trois étalonnages de fossils et une supermatrice multigène moléculaire de séquences existantes, bien que qualifié par une incertitude dans les relations estimées et divergences temporelles, estime que le rayonnement de base a eu lieu dans un laps de temps relativement court dans la fin du Crétacé. De nombreuses lignées ont été estimés à raverser la frontière Crétacé-Paléogène (K–Pg) tandis que la diversification des groupes couronnes (« crown groups ») à l'intérieur du groupe était presque exclusivement dans le Cénozoïque. Finalement, j'ai utilisé cette distribution avec une autre distribution publiée récemment afin d'estimer les taux absolus de l'évolution phénotypique en utilisant la parcimonie maximale et les méthodes basées sur les probabilités en utilisant un ensemble de données compréhensif de charactères anotomiques discrèts d'oiseaux. Intégrer les incertitudes phylogénétiques et de divergence temporelle, les taux d'évolution estimés se sont révélés être très variables et ont fait preuve d'une distribution multimodale complexe lorsque visualisés à travers 10 000 arbres datés. Combiné avec une analyse des taux d'évolution à travers les clades, des arbres de clade à crédibilité maximale, et un test de corrélation entre les taux en fonction du temps, les résultats se sont avérés complexes, mais dans l'ensemble, étaient compatibles avec l'hypothèse d'une rupture précoce de la hausse des taux d'évolution phénotypique chez les oiseaux modernes.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.119368 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Harrison, Luke Barrett |
| Contributors | Hans Carl Larsson (Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Biology) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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