Published March 25, 2019
| Version v1
Publication
Open
Geometric morphometric analysis of the pronotum and elytron in stag beetles: insight into its diversity and evolution
- 1. Institute of Zoology
- 2. Chinese Academy of Sciences
- 3. Shenzhen Polytechnic
- 4. Anhui University
Description
Stag beetles (Coleoptera, Scarabaeoidea, Lucanidae) have received extensive attention from researchers in behavioral ecology and evolutionary biology. There have been no previous quantitative analyses, particularly using a geometric morphometric approach based on a large sample of data, to shed light on the morphological diversity and evolution of Lucanidae. Thoracic adaptation and ecological differentiation are intimately related, and the pronotum bears important muscles and supports the locomotion of prothoracic legs. The elytron is an autapomorphy of the Coleoptera. To reconstruct and visualize the patterns of evolutionary diversification and phylogenetic history of shape change, an ancestral groundplan can be reconstructed by mapping geometric morphometric data onto a phylogenetic tree. In this study, the morphologies of the pronotum and elytron in 1303 stag beetles (Lucanidae), including approximately 99.2% of all globally described species, were examined, thus revealing several aspects of morphological diversity and evolution. First, on the basis of geometric morphometric analysis, we found significant morphological differences in the pronotum or elytron between any two Lucanidae subfamilies. And we subsequently reconstructed the ancestral groundplans of the two structures in stag beetles and compared them with those of extant species (through cladistic and geometric morphometric methods). The ancestral groundplan of Lucanidae was found to be most similar to extant Nicagini in both the pronotum and elytron, according to Mahalanobis distances. Furthermore, we analyzed species richness and morphological diversity of stag beetles and the relationships between them and found that the two parameters were not always correlated. Aesalinae was found to be the most diverse subfamily in both the pronotum and elytron, despite its poor species richness, and the diversity of the pronotum or elytron was not superior in Lucaninae, despite its high species richness. Our study provides insights into the morphological variations and evolutionary history of the pronotum and elytron in four subfamilies of stag beetles, and it illuminates the relationship between morphological diversity and species richness. Intriguingly, our analysis indicates that morphological diversity and species richness are not always correlated. These findings may stimulate further studies in this field.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
حظيت خنافس الأيل (غمدية الأجنحة، الجربوعيات، اللوكانيدات) باهتمام واسع من الباحثين في البيئة السلوكية والبيولوجيا التطورية. لم تكن هناك تحليلات كمية سابقة، لا سيما باستخدام نهج مورفومتري هندسي يعتمد على عينة كبيرة من البيانات، لتسليط الضوء على التنوع المورفولوجي وتطور Lucanidae. يرتبط التكيف الصدري والتمايز البيئي ارتباطًا وثيقًا، ويحمل البرونوتوم عضلات مهمة ويدعم حركة الساقين الصدريتين. الإليترون هو شكل ذاتي من غمدية الأجنحة. لإعادة بناء وتصور أنماط التنويع التطوري والتاريخ التطوري لتغير الشكل، يمكن إعادة بناء مخطط أرضي للأجداد من خلال رسم خرائط للبيانات المورفومترية الهندسية على شجرة تطور السلالات. في هذه الدراسة، تم فحص مورفولوجيات البرونوتوم والإليترون في 1303 خنفساء الأيل (Lucanidae)، بما في ذلك ما يقرب من 99.2 ٪ من جميع الأنواع الموصوفة عالميًا، مما يكشف عن العديد من جوانب التنوع والتطور المورفولوجي. أولاً، على أساس التحليل المورفومتري الهندسي، وجدنا اختلافات مورفولوجية كبيرة في البرونوتوم أو الإليترون بين أي فصيلتين فرعيتين من اللوكانيدا. وقمنا بعد ذلك بإعادة بناء المخططات الأرضية للأجداد للبنيتين في خنافس الأيل ومقارنتها مع تلك الأنواع الموجودة (من خلال الطرق المورفومترية والهندسية). تم العثور على مخطط أرض الأجداد من Lucanidae ليكون أكثر مماثلة لنيكاغيني موجودة في كل من برونوتوم وإليترون، وفقا لمسافات Mahalanobis. علاوة على ذلك، قمنا بتحليل ثراء الأنواع والتنوع المورفولوجي لخنافس الأيل والعلاقات بينها ووجدنا أن المعيارين لم يكونا مترابطين دائمًا. تم العثور على إيساليناي لتكون الأسرة الفرعية الأكثر تنوعا في كل من برونوتوم و إليترون، على الرغم من ثراء الأنواع الفقيرة، وتنوع برونوتوم أو إليترون لم يكن متفوقا في لوكانيناي، على الرغم من ثراء الأنواع العالية. تقدم دراستنا رؤى حول الاختلافات المورفولوجية والتاريخ التطوري للبرونوتوم والإليترون في أربع عائلات فرعية من خنافس الأيل، وتسلط الضوء على العلاقة بين التنوع المورفولوجي وثراء الأجناس. ومن المثير للاهتمام أن تحليلنا يشير إلى أن التنوع المورفولوجي وثراء الأنواع لا يرتبطان دائمًا. قد تحفز هذه النتائج المزيد من الدراسات في هذا المجال.Translated Description (French)
Les coléoptères (Coleoptera, Scarabaeoidea, Lucanidae) ont fait l'objet d'une attention soutenue de la part de chercheurs en écologie comportementale et en biologie évolutive. Il n'y a pas eu d'analyses quantitatives antérieures, en particulier en utilisant une approche morphométrique géométrique basée sur un grand échantillon de données, pour faire la lumière sur la diversité morphologique et l'évolution des Lucanidae. L'adaptation thoracique et la différenciation écologique sont intimement liées, et le pronotum porte des muscles importants et soutient la locomotion des jambes prothoraciques. L'élytron est une autapomorphie des coléoptères. Pour reconstruire et visualiser les modèles de diversification évolutive et l'histoire phylogénétique du changement de forme, un plan de base ancestral peut être reconstruit en cartographiant les données morphométriques géométriques sur un arbre phylogénétique. Dans cette étude, les morphologies du pronotum et de l'élytron chez 1303 coléoptères cerfs (Lucanidae), comprenant environ 99,2% de toutes les espèces décrites globalement, ont été examinées, révélant ainsi plusieurs aspects de la diversité et de l'évolution morphologiques. Tout d'abord, sur la base d'une analyse morphométrique géométrique, nous avons trouvé des différences morphologiques significatives dans le pronotum ou l'élytron entre deux sous-familles de Lucanidae. Et nous avons ensuite reconstruit les plans de terrain ancestraux des deux structures chez les coléoptères cerfs et les avons comparés à ceux des espèces existantes (par des méthodes morphométriques cladistiques et géométriques). Le plan de base ancestral des Lucanidae s'est avéré le plus similaire à celui de Nicagini existant à la fois dans le pronotum et l'élytron, selon les distances de Mahalanobis. De plus, nous avons analysé la richesse en espèces et la diversité morphologique des coléoptères cerfs et les relations entre eux et avons constaté que les deux paramètres n'étaient pas toujours corrélés. Aesalinae s'est avéré être la sous-famille la plus diversifiée dans le pronotum et l'élytron, malgré sa faible richesse en espèces, et la diversité du pronotum ou de l'élytron n'était pas supérieure chez Lucaninae, malgré sa grande richesse en espèces. Notre étude fournit des informations sur les variations morphologiques et l'histoire évolutive du pronotum et de l'élytron dans quatre sous-familles de coléoptères cerfs, et elle éclaire la relation entre la diversité morphologique et la richesse des espèces. Curieusement, notre analyse indique que la diversité morphologique et la richesse en espèces ne sont pas toujours corrélées. Ces résultats peuvent stimuler d'autres études dans ce domaine.Translated Description (Spanish)
Los escarabajos ciervo (Coleoptera, Scarabaeoidea, Lucanidae) han recibido una amplia atención por parte de los investigadores en ecología del comportamiento y biología evolutiva. No se han realizado análisis cuantitativos previos, particularmente utilizando un enfoque morfométrico geométrico basado en una gran muestra de datos, para arrojar luz sobre la diversidad morfológica y la evolución de Lucanidae. La adaptación torácica y la diferenciación ecológica están íntimamente relacionadas, y el pronotum tiene músculos importantes y apoya la locomoción de las piernas protorácicas. El elitrón es una autapomorfia de los coleópteros. Para reconstruir y visualizar los patrones de diversificación evolutiva y la historia filogenética del cambio de forma, se puede reconstruir un plano ancestral mapeando datos morfométricos geométricos en un árbol filogenético. En este estudio, se examinaron las morfologías del pronotum y elytron en 1303 escarabajos ciervo (Lucanidae), incluyendo aproximadamente el 99,2% de todas las especies descritas a nivel mundial, revelando así varios aspectos de la diversidad morfológica y la evolución. En primer lugar, sobre la base del análisis morfométrico geométrico, encontramos diferencias morfológicas significativas en el pronotum o elytron entre dos subfamilias de Lucanidae. Y posteriormente reconstruimos los planos ancestrales de las dos estructuras en escarabajos ciervo y los comparamos con los de las especies existentes (a través de métodos morfométricos cladísticos y geométricos). Se descubrió que el plano ancestral de Lucanidae era más similar a los Nicagini existentes tanto en el pronotum como en elytron, según las distancias de Mahalanobis. Además, analizamos la riqueza de especies y la diversidad morfológica de los escarabajos del ciervo y las relaciones entre ellos y encontramos que los dos parámetros no siempre estaban correlacionados. Se encontró que Aesalinae era la subfamilia más diversa tanto en el pronotum como en elytron, a pesar de su escasa riqueza de especies, y la diversidad del pronotum o elytron no era superior en Lucaninae, a pesar de su alta riqueza de especies. Nuestro estudio proporciona información sobre las variaciones morfológicas y la historia evolutiva del pronotum y elytron en cuatro subfamilias de escarabajos ciervo, e ilumina la relación entre la diversidad morfológica y la riqueza de especies. Curiosamente, nuestro análisis indica que la diversidad morfológica y la riqueza de especies no siempre están correlacionadas. Estos hallazgos pueden estimular más estudios en este campo.Files
Files
(4.7 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:d385304546f6f10a9529556a784c7197
|
4.7 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التحليل المورفومتري الهندسي للبرونوتوم والإليترون في خنافس الأيل: نظرة ثاقبة على تنوعها وتطورها
- Translated title (French)
- Analyse morphométrique géométrique du pronotum et de l'élytron chez le dendroctone du cerf : aperçu de sa diversité et de son évolution
- Translated title (Spanish)
- Análisis morfométrico geométrico del pronotum y elytron en escarabajos ciervo: comprensión de su diversidad y evolución
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2923549859
- DOI
- 10.3897/zookeys.833.26164
References
- https://openalex.org/W1972952972
- https://openalex.org/W1980249983
- https://openalex.org/W1987498463
- https://openalex.org/W2006576235
- https://openalex.org/W2007778677
- https://openalex.org/W2012236107
- https://openalex.org/W2014684660
- https://openalex.org/W2021667603
- https://openalex.org/W2027386807
- https://openalex.org/W2029441246
- https://openalex.org/W2031348814
- https://openalex.org/W2048794467
- https://openalex.org/W2049114583
- https://openalex.org/W2055547900
- https://openalex.org/W2055667515
- https://openalex.org/W2080879786
- https://openalex.org/W2081725216
- https://openalex.org/W2083070885
- https://openalex.org/W2087255577
- https://openalex.org/W2094090136
- https://openalex.org/W2094627174
- https://openalex.org/W2117066938
- https://openalex.org/W2122462621
- https://openalex.org/W2124479010
- https://openalex.org/W2124494170
- https://openalex.org/W2126856122
- https://openalex.org/W2130728229
- https://openalex.org/W2131663139
- https://openalex.org/W2138970710
- https://openalex.org/W2142891041
- https://openalex.org/W2148028873
- https://openalex.org/W2152328836
- https://openalex.org/W2154780677
- https://openalex.org/W2156722374
- https://openalex.org/W2157828478
- https://openalex.org/W2157978297
- https://openalex.org/W2172407892
- https://openalex.org/W2177311604
- https://openalex.org/W2178191042
- https://openalex.org/W2183211425
- https://openalex.org/W2272058623
- https://openalex.org/W2317738734
- https://openalex.org/W2329830753
- https://openalex.org/W2510650187
- https://openalex.org/W266461709
- https://openalex.org/W4292164656
- https://openalex.org/W4302076348