Phylogenetic correlograms and the evolution of body size in South American owls (Strigiformes)

Abstract

During the last few years, many models have been proposed to link microevolutionary processes to macroevolutionary patterns, defined by comparative data analysis. Among these, Brownian motion and Ornstein-Uhlenbeck (O-U) processes have been used to model, respectively, genetic drift or directional selection and stabilizing selection. These models produce different curves of pairwise variance between species against time since divergence, in such a way that different profiles appear in phylogenetic correlograms. We analyzed variation in body length among 19 species of South American owls, by means of phylogenetic correlograms constructed using Moran's I coefficient in four distance classes. Phylogeny among species was based on DNA hybridization. The observed correlogram was then compared with 500 correlograms obtained by simulations of Brownian motion and O-U over the same phylogeny, using discriminant analysis. The observed correlogram indicates a phylogenetic gradient up to 45 mya, when coefficients tend to stabilize, and it is similar to the correlograms produced by the O-U process. This is expected when we consider that body size of organisms is correlated with many ecological and life-history traits and subjected to many constraints that can be modeled by the O-U process, which has been used to describe evolution under stabilizing selection.Nos últimos anos diversos modelos têm sido propostos a fim de realizar inferências sobre processos microevolutivos com base em padrões macroevolutivos obtidos a partir de dados comparativos. Dentre esses, o movimento Browniano e o processo Ornstein-Uhlenbeck (O-U) têm sido utilizados para modelar principalmente deriva genética e seleção estabilizadora, respectivamente. Esses modelos produzem curvas diferentes de relação entre variância interespecífica e distância no tempo, de modo que eles podem ser distingüidos com base em correlogramas filogenéticos. Neste trabalho, nós analisamos a variação interespecífica no tamanho do corpo de 19 espécies de corujas (Strigiformes) sul-americanas através de correlogramas filogenéticos, construídos utilizando índices I de Moran em quatro classes de distância. A filogenia entre as espécies foi definida com base em dados de hibridização de DNA. O correlograma observado foi então comparado a 500 correlogramas obtidos através de simulações de evolução por movimento Browniano e pelo processo O-U, sobre essa mesma filogenia. Esses correlogramas foram comparados entre si utilizando análises de variância (ANOVA e MANOVA) e através das correlações entre os índices I de Moran e as classes de distância filogenética. O correlograma observado indica a existência de um gradiente filogenético de variação até cerca de 45 milhões de anos, quando os índices se estabilizam, e é similar aos correlogramas obtidos através do processo O-U, considerando tanto a correlação do gradiente quanto a sua alocação aos dois grupos de processos através de análise discriminante. Esse padrão é esperado, considerando a importância do tamanho do corpo e sua correlação com diversos caracteres ecológicos e de história de vida, que produzem muitas restrições que podem de fato ser modeladas por um processo O-U expressando seleção estabilizadora.