Mammoths, molecules and morphology: A case study in ancient speciation
Plain Language Abstract
The mammoth is the iconic species of the Ice Age (past 2.6 million years), and is also one of the most intensively-studied fossil species in terms of its evolution, ecology, and extinction. Recent advances have allowed the extraction of DNA from fossil samples back to at a million years ago, and this has contributed significantly to our understanding of evolutionary processes. The origin of the woolly mammoth, and its American cousin the Columbian mammoth, has been studied on the basis of skull and tooth anatomy, to which has now been added DNA data, and these in combination greatly expand our understanding. Previously undetected species in northeast Siberia appear to have been the source of both the earliest North American mammoths and the Eurasian woolly mammoth. The new data further reveal that hybridisation between the latter two species was at the origin of the celebrated Columbian mammoth of the late Ice Age. These results have significant implications for palaeontology more broadly. Not all species identified using DNA can be separated from the morphology of their fossils, leading to questions of recognising and defining fossil species. The possibility of a new species arising by hybridisation between two preceding forms has significant implications for our understanding of evolutionary processes, but creates further issues regarding the concept of a species and its correct classification and naming. We suggest a pragmatic approach in the case of the mammoth, that should have wider application.
Arabic
الماموث والجزيئات والشكل: دراسة حالة نشوء الأنواع القديمة
المؤلفون: أدريان م. ليستر ولوف دالين
الملخص: لقد ساهمت الأبحاث الحديثة حول الحمض النووي القديم الذي يعود تاريخه إلى مليون عام أو أكثر بشكل كبير في فهمنا لتطور الثدييات. ونحن نركز على الماموث وهوالسلالة الأكثر دراسة بعد البشر. وتؤكد البيانات الجينومية الحديثة التصور الذي كان قائمًا في الأصل على الشكل وهو أن الماموث في عصر البلستوسين المبكر في شمال شرق سيبيريا كان مصدرا لأنواع الماموث المتوطنة في أمريكا الشمالية وماموث منطقة القطب الشمالي. وتكشف البيانات الجديدة أيضًا عن حدثين على الأقل من أحداث التداخل في أصل الماموث في أمريكا الشمالية في أواخر عصر البلستوسين نتيجة للتهجين بين الشكل المتوطن في أمريكا الشمالية والماموث المهاجر لاحقًا. ويسلط هذا المثال الضوء على الآثار الأوسع نطاقًا للتوفيق بين البيانات الجزيئية والشكلية في علم الحفريات. وتشمل هذه الآثار الكشف عن العمليات التطورية غير المتفرعة مثل التطور الهجين ومشكلة الأنواع الغامضة شكليا والتي تم التعرف عليها من خلال الحمض النووي والقضايا التي تثيرها هذه الأنواع فيما يتعلق بمفاهيم الأنواع وتصنيفها وتسمية الأنواع الأحفورية.
الكلمات المفتاحية: الماموث؛ مورفولوجيا الأضراس؛ الحمض النووي القديم؛ نشوء الانواع الهجين؛ مفاهيم الأنواع
ترجمة: د./ أحمد عوض عبد الهادي (كلية العلوم - جامعة المنيا)
Translator: Ahmed Awad Abdelhady
Chinese
In progress
Translator: Chenyang Cai. Nanjing Institute of Geology and Palaeontology, Chinese Academy of Sciences
Deutsche Zusammenfassung
Mammuts, Moleküle und Morphologie: eine Fallstudie über frühere Artbildung
Jüngste Forschungen an aDNA, die bis zu einer Million Jahre oder mehr zurückreicht, haben wesentlich zu unserem Verständnis der Säugetier-Evolution beigetragen. Wir konzentrieren uns auf das Mammut, welches nach dem Menschen die am intensivsten untersuchte Linie darstellt. Jüngste genomische Daten bestätigen das ursprünglich auf der Morphologie basierende Modell, dem zufolge die frühpleistozänen Mammuts aus Nordostsibirien, die eine relativ fortgeschrittene Morphologie aufwiesen, der Ursprung endemischer nordamerikanischer Mammutarten und des holarktischen Wollhaarmammuts waren. Die neuen Daten zeigen außerdem mindestens zwei Introgressionsereignisse bei der Entstehung des spätpleistozänen nordamerikanischen Mammuts, die aus der Hybridisierung zwischen der endemischen nordamerikanischen Form und später einwandernden Wollhaarmammut-Populationen resultieren. Das angeführte Beispiel verdeutlicht die umfassenderen Implikationen für den Abgleich von molekularen und morphologischen Daten in der Paläontologie. Dazu gehören die Erkennung nicht-verzweigender phylogenetischer Prozesse wie Hybridspeziation, das Problem morphologisch kryptischer Arten, die anhand von DNA identifiziert werden, sowie die sich daraus ergebenden Fragen für Artkonzepte, Taxonomie und Nomenklatur fossiler Taxa.
Schlüsselwörter: Mammuts; Mammuthus columbi; Molaren-Morphologie; aDNA; Hybridspeziation; Artkonzept
Translator: Eva Gebauer
Resumen en Español
Mamuts, moléculas y morfología: estudio de un caso de especiación del pasado
Las recientes investigaciones sobre ADN antiguo que se remontan a un millón de años o más han contribuido notablemente a nuestra comprensión de la evolución de los mamíferos. Nos centramos en los mamuts, el linaje más intensamente estudiado después de los humanos. Datos genómicos recientes confirman el modelo, originalmente basado en la morfología, de que los mamuts del Pleistoceno temprano del noreste de Siberia, de morfología relativamente avanzada, fueron el origen de las especies endémicas de mamuts norteamericanos y del mamut lanudo holártico. Los nuevos datos revelan además al menos dos episodios de introgresión en el origen del mamut norteamericano del Pleistoceno tardío, resultantes de la hibridación entre la forma endémica norteamericana y poblaciones inmigrantes posteriores de mamut lanudo. Este ejemplo pone de relieve implicaciones más amplias para la conciliación de datos moleculares y morfológicos en paleontología. Entre ellas, la detección de procesos filogenéticos no bifurcadores, como la especiación por hibridación; el problema de las especies morfológicamente crípticas identificadas a partir del ADN y las cuestiones que todo ello plantean para los conceptos de especie, taxonomía y la nomenclatura de los taxones fósiles.
Palabras clave: mamuts; Mammuthus columbi; morfología molar; ADN antiguo; especiación por hibridación; conceptos de especie.
Traducción: Juan Antonio Pérez-Claros. Departamento de Ecología y Geología, Facultad de Ciencias, Universidad de Málaga
Résumé en Français
In progress
Translator: Denis Audo. Centre de Recherche en Paléontologie - Sorbonne Université or Vincent Perrier, Maître de Conférences Université Lyon 1
Greek
Μαμούθ, γενετικά μόρια και μορφολογία: μια μελέτη για την αρχαία ειδογένεση
Πρόσφατες έρευνες με αρχαίο DNA μέχρι και πριν από ένα εκατομμύριο ή και περισσότερα χρόνια έχουν συμβάλει σημαντικά στην κατανόησή μας για την εξέλιξη των θηλαστικών. Εστιάζουμε στα μαμούθ, την πιο εντατικά μελετημένη ομάδα μετά τον άνθρωπο. Πρόσφατα γονιδιωματικά δεδομένα επιβεβαιώνουν το μοντέλο, που βασιζόταν αρχικά στη μορφολογία, ότι τα μαμούθ σχετικά προηγμένης μορφολογίας του Πρώιμου Πλειστόκαινου από τη βορειοανατολική Σιβηρία, ήταν η πηγή των ενδημικών ειδών μαμούθ της Βόρειας Αμερικής και του τριχωτού μαμούθ της Ολαρκτικής. Τα νέα δεδομένα αποκαλύπτουν τουλάχιστον δύο επιπλέον γεγονότα εισβολής κατά την αρχική εμφάνιση του βορειοαμερικανικού μαμούθ του Ύστερου Πλειστόκαινου, που προκύπτουν από υβριδισμό μεταξύ της ενδημικής βορειοαμερικανικής μορφής και των μετέπειτα μεταναστευτικών πληθυσμών τριχωτών μαμούθ. Αυτό το παράδειγμα υπογραμμίζει τις ευρύτερες επιπτώσεις για τη συμφωνία μεταξύ μοριακών και μορφολογικών δεδομένων στην παλαιοντολογία. Αυτές περιλαμβάνουν την ανίχνευση μη διακλαδιζόμενων φυλογενετικών διεργασιών όπως η υβριδική ειδογένεση, το πρόβλημα των μορφολογικά κρυπτικών ειδών που προσδιορίζονται από το DNA, και τα ζητήματα που εγείρουν για τις έννοιες των ειδών, την ταξινόμηση και την ονοματολογία των απολιθωμένων taxa.
Λέξεις-κλειδιά: μαμούθ, Mammuthus columbi, μορφολογία γομφίων, αρχαίο DNA, υβριδική ειδογένεση, έννοια είδους
Translator: Evangelos Vlachos
Polski
Mamuty, cząsteczki i morfologia: studium przypadku w kopalnej specjacji
Niedawne badania nad antycznym DNA sięgające miliona lat wstecz lub więcej znacząco przyczyniły się do naszego zrozumienia ewolucji ssaków. Skupiamy się na mamutach, najintensywniej badanej linii po ludziach. Najnowsze dane genomiczne potwierdzają model, pierwotnie oparty na morfologii, że wczesnoplejstoceńskie mamuty z północno-wschodniej Syberii, o stosunkowo zaawansowanej morfologii, były przodkiem endemicznych gatunków mamutów północnoamerykańskich i holarktycznego mamuta włochatego. Nowe dane ujawniają ponadto co najmniej dwa zdarzenia introgresji w pochodzeniu późnoplejstoceńskiego mamuta północnoamerykańskiego, wynikające z hybrydyzacji między endemiczną formą północnoamerykańską a później migrującymi populacjami mamutów włochatych. Ten przykład podkreśla szersze implikacje dla uzgadnienia danych molekularnych i morfologicznych w paleontologii. Należą do nich wykrywanie nierozgałęziających się procesów filogenetycznych, takich jak specjacja hybrydowa; problem morfologicznie ukrytych gatunków zidentyfikowanych na podstawie DNA; oraz kwestie, jakie te kwestie podnoszą w odniesieniu do pojęć gatunkowych, taksonomii i nomenklatury taksonów kopalnych.
Słowa kluczowe: mamuty; Mammuthus columbi; morfologia trzonowców; antyczne DNA; specjacja hybrydowa; pojęcie gatunów
Translator: Krzysztof Stefaniak
Russian
In progress
Translator: Leonid Voyta
Ukrainian
Мамонти, молекули та морфологія: приклад древнього видоутворення
Нещодавні дослідження древньої ДНК віком мільйон років і більше зробили значний внесок у наше розуміння еволюції ссавців. Ми зосереджуємося на мамонтах, найбільш інтенсивно вивченій еволюційній лінії після людини. Останні геномні дані підтверджують модель, спочатку засновану на морфології, що ранньоплейстоценові мамонти з північно-східного Сибіру, з відносно розвиненою морфологією, були джерелом ендемічних північноамериканських видів мамонтів і шерстистого мамонта, розповсюдженого в Голарктиці. Нові дані також розкривають принаймні дві події інтрогресії в походженні пізньоплейстоценового північноамериканського мамонта, що є результатом гібридизації між ендемічною північноамериканською формою та пізнішою імміграцією популяції шерстистого мамонта. Цей приклад підкреслює ширші наслідки для узгодження молекулярних і морфологічних даних у палеонтології. Вони включають виявлення небіфуркаційних філогенетичних процесів, таких як гібридне видоутворення; проблема морфологічно загадкових видів, ідентифікованих з ДНК; і проблеми, які це створює для концепцій видів, таксономії та номенклатури викопних таксонів.
Ключові слова: мамонти; Mammuthus columbi; морфологія молярів; древня ДНК; гібридне видоутворення; концепції виду.
Translator: Oleksandr Kovalchuk
