Published January 9, 2023 | Version v1
Publication Open

Mosaic evolution of grasping and genitalic traits in two sympatric scorpion species with reproductive interference

  • 1. Universidad Nacional de Córdoba
  • 2. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
  • 3. University of Buenos Aires
  • 4. Institute of Astronomy and Space Physics

Description

Abstract Reproductive interference (RI) can occur when two related species coexist in sympatry, involving sexual attraction, mating, and even hybridization between heterospecifics. Consequently, reproductive key characters of these species may suffer morphological shifts in sympatry to avoid the success of heterospecific sexual interactions, a phenomenon known as reproductive character displacement (RCD). RCD can be promoted by natural selection, although sexual selection pressures can act synergistically or agonistically so that phenotypic variation can respond in different directions and magnitudes to these forces. In turn, the size and shape of characters may respond differentially (mosaic evolution) to these pressures, so the analysis of multiple dimensions in traits is essential to understand the complexity of their phenotypic variability. To date, there are no studies evaluating this topic in scorpions, and two species ( Urophonius brachycentrus and U. achalensis ) sympatric and synchronous with RI represent an ideal model to evaluate the phenotypic variation and occurrence of RCD. In addition, the populations of these species are found in an altitudinal cline, so environmental factors may also be responsible for explaining their morphological variation. We compared the intra-specific variation, the size and shape of multiple characters involved in courtship, and sperm transfer in individuals from sympatric and allopatric populations using geometric morphometrics. We found asymmetric RCD of several sexual characters for courtship success (grasping structures) and sperm transfer (genital characters). This would evidence the action of natural selection pressures and the existence of a possible mechanism to avoid heterospecific mating success. In addition, we found a pattern of asymmetric morphological variation where one species in the sympatric zone suffered an increase in size in several characters due to environmental factors (pattern of morphological convergence). The convergence of characters combined with RI and a scramble competition mating system could intensify sexual selection pressures on specific characters, which was reflected in their high coefficients of variation. Our results suggest that in this sympatric zone, several selective regimes act differentially on various dimensions of the characters evaluated, which would support a possible mosaic evolution. This comprehensive study illuminates the complexity inherent in the evolution of multi-functional traits in a previously unexplored model, providing novel insights for evaluating traits under multiple selective pressures in animal systems experimenting RI.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يمكن أن يحدث التداخل التناسلي المجرد (RI) عندما يتعايش نوعان مترابطان في تعاطف، بما في ذلك الانجذاب الجنسي والتزاوج وحتى التهجين بين الأنواع غير المتجانسة. وبالتالي، قد تعاني الشخصيات الرئيسية الإنجابية لهذه الأنواع من تحولات شكلية في التعاطف لتجنب نجاح التفاعلات الجنسية غير المتجانسة، وهي ظاهرة تعرف باسم إزاحة الشخصية الإنجابية (RCD). يمكن تعزيز RCD عن طريق الانتقاء الطبيعي، على الرغم من أن ضغوط الانتقاء الجنسي يمكن أن تعمل بشكل تآزري أو ناهض بحيث يمكن أن يستجيب الاختلاف الظاهري في اتجاهات وأحجام مختلفة لهذه القوى. في المقابل، قد يستجيب حجم وشكل الشخصيات بشكل تفاضلي (تطور الفسيفساء) لهذه الضغوط، وبالتالي فإن تحليل الأبعاد المتعددة في السمات أمر ضروري لفهم تعقيد تنوعها الظاهري. حتى الآن، لا توجد دراسات تقيم هذا الموضوع في العقارب، ويمثل نوعان (Urophonius brachycentrus و U. achalensis) متعاطفين ومتزامنين مع RI نموذجًا مثاليًا لتقييم التباين الظاهري وحدوث RCD. بالإضافة إلى ذلك، توجد تجمعات هذه الأنواع في كلاين علوي، لذلك قد تكون العوامل البيئية مسؤولة أيضًا عن تفسير تباينها المورفولوجي. قارنا الاختلاف داخل النوع الواحد، وحجم وشكل الشخصيات المتعددة المشاركة في المغازلة، ونقل الحيوانات المنوية في الأفراد من السكان المتعاطفين والمتماثلين باستخدام القياسات الشكلية الهندسية. وجدنا RCD غير المتماثل للعديد من الشخصيات الجنسية لنجاح المغازلة (هياكل الإمساك) ونقل الحيوانات المنوية (الشخصيات التناسلية). وهذا من شأنه أن يدل على عمل ضغوط الانتقاء الطبيعي ووجود آلية محتملة لتجنب نجاح التزاوج غير المحدد. بالإضافة إلى ذلك، وجدنا نمطًا من التباين المورفولوجي غير المتماثل حيث عانى نوع واحد في منطقة الودي من زيادة في الحجم في عدة شخصيات بسبب العوامل البيئية (نمط التقارب المورفولوجي). يمكن أن يؤدي تقارب الشخصيات جنبًا إلى جنب مع RI ونظام التزاوج التنافسي إلى تكثيف ضغوط الانتقاء الجنسي على شخصيات محددة، وهو ما انعكس في معاملاتها العالية من التباين. تشير نتائجنا إلى أنه في هذه المنطقة الوديّة، تعمل العديد من الأنظمة الانتقائية بشكل مختلف على أبعاد مختلفة من الشخصيات التي تم تقييمها، والتي من شأنها أن تدعم تطور الفسيفساء المحتمل. تسلط هذه الدراسة الشاملة الضوء على التعقيد المتأصل في تطور السمات متعددة الوظائف في نموذج لم يتم استكشافه من قبل، مما يوفر رؤى جديدة لتقييم السمات تحت ضغوط انتقائية متعددة في الأنظمة الحيوانية التي تختبر الذكاء الاصطناعي.

Translated Description (French)

Résumé L'interférence reproductive (IR) peut se produire lorsque deux espèces apparentées coexistent en sympatrie, impliquant l'attraction sexuelle, l'accouplement et même l'hybridation entre hétérospécifiques. Par conséquent, les caractères clés de reproduction de ces espèces peuvent subir des changements morphologiques dans la sympathie pour éviter le succès des interactions sexuelles hétérospécifiques, un phénomène connu sous le nom de déplacement des caractères de reproduction (RCD). Le RCD peut être favorisé par la sélection naturelle, bien que les pressions de sélection sexuelle puissent agir de manière synergique ou agonistique de sorte que la variation phénotypique puisse répondre dans différentes directions et amplitudes à ces forces. À son tour, la taille et la forme des caractères peuvent réagir différemment (évolution de la mosaïque) à ces pressions, de sorte que l'analyse de multiples dimensions des traits est essentielle pour comprendre la complexité de leur variabilité phénotypique. À ce jour, il n'existe aucune étude évaluant ce sujet chez les scorpions, et deux espèces (Urophonius brachycentrus et U. achalensis ) sympatriques et synchrones avec RI représentent un modèle idéal pour évaluer la variation phénotypique et la survenue de RCD. En outre, les populations de ces espèces se trouvent dans un clin altitudinal, de sorte que des facteurs environnementaux peuvent également expliquer leur variation morphologique. Nous avons comparé la variation intra-spécifique, la taille et la forme de plusieurs caractères impliqués dans la parade nuptiale, et le transfert de sperme chez des individus issus de populations sympatriques et allopatriques en utilisant la morphométrie géométrique. Nous avons trouvé des RCD asymétriques de plusieurs caractères sexuels pour le succès de la parade nuptiale (structures de préhension) et le transfert de sperme (caractères génitaux). Cela mettrait en évidence l'action des pressions de sélection naturelle et l'existence d'un mécanisme possible pour éviter le succès de l'accouplement hétérospécifique. De plus, nous avons trouvé un modèle de variation morphologique asymétrique où une espèce dans la zone sympatrique a subi une augmentation de taille dans plusieurs caractères en raison de facteurs environnementaux (modèle de convergence morphologique). La convergence des caractères combinée à RI et à un système d'accouplement de compétition de brouillage pourrait intensifier les pressions de sélection sexuelle sur des caractères spécifiques, ce qui se reflétait dans leurs coefficients de variation élevés. Nos résultats suggèrent que dans cette zone sympatrique, plusieurs régimes sélectifs agissent différemment sur différentes dimensions des caractères évalués, ce qui soutiendrait une évolution mosaïque possible. Cette étude complète met en lumière la complexité inhérente à l'évolution des traits multifonctionnels dans un modèle auparavant inexploré, fournissant de nouvelles informations pour évaluer les traits sous de multiples pressions sélectives dans les systèmes animaux expérimentant l'IR.

Translated Description (Spanish)

Resumen La interferencia reproductiva (IR) puede ocurrir cuando dos especies relacionadas coexisten en simpatria, lo que implica atracción sexual, apareamiento e incluso hibridación entre heteroespecíficos. En consecuencia, los personajes clave reproductivos de estas especies pueden sufrir cambios morfológicos en la simpatría para evitar el éxito de las interacciones sexuales heteroespecíficas, un fenómeno conocido como desplazamiento del carácter reproductivo (RCD). El DCR puede ser promovido por selección natural, aunque las presiones de selección sexual pueden actuar sinérgica o agonísticamente para que la variación fenotípica pueda responder en diferentes direcciones y magnitudes a estas fuerzas. A su vez, el tamaño y la forma de los caracteres pueden responder diferencialmente (evolución del mosaico) a estas presiones, por lo que el análisis de múltiples dimensiones en los rasgos es esencial para comprender la complejidad de su variabilidad fenotípica. Hasta la fecha, no hay estudios que evalúen este tema en escorpiones, y dos especies ( Urophonius brachycentrus y U. achalensis ) simpátricas y sincrónicas con RI representan un modelo ideal para evaluar la variación fenotípica y la aparición de RCD. Además, las poblaciones de estas especies se encuentran en un clino altitudinal, por lo que los factores ambientales también pueden ser responsables de explicar su variación morfológica. Comparamos la variación intraespecífica, el tamaño y la forma de múltiples personajes involucrados en el cortejo y la transferencia de espermatozoides en individuos de poblaciones simpátricas y alopátricas utilizando morfometría geométrica. Encontramos un DCR asimétrico de varios caracteres sexuales para el éxito del cortejo (estructuras de agarre) y la transferencia de espermatozoides (caracteres genitales). Esto evidenciaría la acción de las presiones de la selección natural y la existencia de un posible mecanismo para evitar el éxito del apareamiento heteroespecífico. Además, encontramos un patrón de variación morfológica asimétrica donde una especie en la zona simpátrica sufrió un aumento de tamaño en varios caracteres debido a factores ambientales (patrón de convergencia morfológica). La convergencia de caracteres combinada con RI y un sistema de apareamiento de competición de desorden podría intensificar las presiones de selección sexual sobre caracteres específicos, lo que se reflejó en sus altos coeficientes de variación. Nuestros resultados sugieren que en esta zona simpátrica, varios regímenes selectivos actúan diferencialmente sobre diversas dimensiones de los personajes evaluados, lo que soportaría una posible evolución mosaica. Este estudio exhaustivo ilumina la complejidad inherente a la evolución de los rasgos multifuncionales en un modelo previamente inexplorado, proporcionando nuevos conocimientos para evaluar rasgos bajo múltiples presiones selectivas en sistemas animales que experimentan con IR.

Files

latest.pdf.pdf

Files (3.4 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:2322de76aa62a753c00586d38da34dee
3.4 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تطور فسيفساء الإمساك والسمات التناسلية في نوعين من العقارب المتعاطفة مع التداخل التناسلي
Translated title (French)
Évolution mosaïque de la saisie et des traits génitaux chez deux espèces de scorpions sympatriques avec interférence reproductive
Translated title (Spanish)
Evolución mosaica de los rasgos de agarre y genitales en dos especies de escorpión simpátrico con interferencia reproductiva

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4313829979
DOI
10.21203/rs.3.rs-2445373/v1

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W1486576001
  • https://openalex.org/W1493055699
  • https://openalex.org/W1512370820
  • https://openalex.org/W1513414326
  • https://openalex.org/W1514780548
  • https://openalex.org/W1524486245
  • https://openalex.org/W1531541149
  • https://openalex.org/W1538585124
  • https://openalex.org/W1540898082
  • https://openalex.org/W1545595686
  • https://openalex.org/W1554285124
  • https://openalex.org/W1570510234
  • https://openalex.org/W1576403196
  • https://openalex.org/W1599846878
  • https://openalex.org/W1697822338
  • https://openalex.org/W1840800326
  • https://openalex.org/W1843791011
  • https://openalex.org/W1860140810
  • https://openalex.org/W1908401022
  • https://openalex.org/W1919256440
  • https://openalex.org/W1952413877
  • https://openalex.org/W1964791943
  • https://openalex.org/W1967590791
  • https://openalex.org/W1968914665
  • https://openalex.org/W1968915284
  • https://openalex.org/W1975759270
  • https://openalex.org/W1982533625
  • https://openalex.org/W1983004585
  • https://openalex.org/W1988319416
  • https://openalex.org/W1988375860
  • https://openalex.org/W1990722961
  • https://openalex.org/W1991959580
  • https://openalex.org/W1992106828
  • https://openalex.org/W1992152937
  • https://openalex.org/W1994709787
  • https://openalex.org/W1995018264
  • https://openalex.org/W1999916261
  • https://openalex.org/W2001033895
  • https://openalex.org/W2001642691
  • https://openalex.org/W2002194124
  • https://openalex.org/W2002954744
  • https://openalex.org/W2004810040
  • https://openalex.org/W2006126312
  • https://openalex.org/W2007976127
  • https://openalex.org/W2007993714
  • https://openalex.org/W2008199760
  • https://openalex.org/W2008423050
  • https://openalex.org/W2011227589
  • https://openalex.org/W2016273187
  • https://openalex.org/W2017669913
  • https://openalex.org/W2018517137
  • https://openalex.org/W2024222212
  • https://openalex.org/W2025544599
  • https://openalex.org/W2032618685
  • https://openalex.org/W2032753567
  • https://openalex.org/W2033696362
  • https://openalex.org/W2033759815
  • https://openalex.org/W2034056722
  • https://openalex.org/W2037357509
  • https://openalex.org/W2038401598
  • https://openalex.org/W2038711681
  • https://openalex.org/W2038824324
  • https://openalex.org/W2039400308
  • https://openalex.org/W2041375445
  • https://openalex.org/W2048892737
  • https://openalex.org/W2051688318
  • https://openalex.org/W2055737182
  • https://openalex.org/W2056164426
  • https://openalex.org/W2057250255
  • https://openalex.org/W2057886376
  • https://openalex.org/W2058670567
  • https://openalex.org/W2063878349
  • https://openalex.org/W2068551636
  • https://openalex.org/W2069470546
  • https://openalex.org/W2070941465
  • https://openalex.org/W2074436480
  • https://openalex.org/W2081018818
  • https://openalex.org/W2081670416
  • https://openalex.org/W2084241460
  • https://openalex.org/W2084914477
  • https://openalex.org/W2086005873
  • https://openalex.org/W2088834598
  • https://openalex.org/W2094186598
  • https://openalex.org/W2099540110
  • https://openalex.org/W2106120250
  • https://openalex.org/W2110374963
  • https://openalex.org/W2112786777
  • https://openalex.org/W2119526299
  • https://openalex.org/W2119692859
  • https://openalex.org/W2120743910
  • https://openalex.org/W2122741894
  • https://openalex.org/W2122818850
  • https://openalex.org/W2123672054
  • https://openalex.org/W2124779843
  • https://openalex.org/W2126255000
  • https://openalex.org/W2126277418
  • https://openalex.org/W2127048794
  • https://openalex.org/W2127448335
  • https://openalex.org/W2127505005
  • https://openalex.org/W2127694709
  • https://openalex.org/W2129111502
  • https://openalex.org/W2129816924
  • https://openalex.org/W2131146377
  • https://openalex.org/W2132661331
  • https://openalex.org/W2132726242
  • https://openalex.org/W2135751677
  • https://openalex.org/W2136717675
  • https://openalex.org/W2137443808
  • https://openalex.org/W2137912350
  • https://openalex.org/W2137986067
  • https://openalex.org/W2138846923
  • https://openalex.org/W2139265668
  • https://openalex.org/W2142413129
  • https://openalex.org/W2147667671
  • https://openalex.org/W2148151178
  • https://openalex.org/W2149355198
  • https://openalex.org/W2150085046
  • https://openalex.org/W2150181774
  • https://openalex.org/W2156895438
  • https://openalex.org/W2157134474
  • https://openalex.org/W2160203464
  • https://openalex.org/W2163035011
  • https://openalex.org/W2165424262
  • https://openalex.org/W2166939977
  • https://openalex.org/W2168315660
  • https://openalex.org/W2168934348
  • https://openalex.org/W2169544599
  • https://openalex.org/W2170455601
  • https://openalex.org/W2170563040
  • https://openalex.org/W2173311449
  • https://openalex.org/W2175547570
  • https://openalex.org/W2177096207
  • https://openalex.org/W2178685873
  • https://openalex.org/W2180772733
  • https://openalex.org/W2180825946
  • https://openalex.org/W2193375258
  • https://openalex.org/W2254509181
  • https://openalex.org/W2282995673
  • https://openalex.org/W2317800347
  • https://openalex.org/W2322203148
  • https://openalex.org/W234198952
  • https://openalex.org/W2579286396
  • https://openalex.org/W2604243177
  • https://openalex.org/W2604364844
  • https://openalex.org/W2610923648
  • https://openalex.org/W2735544930
  • https://openalex.org/W2739362466
  • https://openalex.org/W2745217089
  • https://openalex.org/W2752879516
  • https://openalex.org/W2766896403
  • https://openalex.org/W2768079269
  • https://openalex.org/W2769836566
  • https://openalex.org/W2775572674
  • https://openalex.org/W2895215346
  • https://openalex.org/W2914064281
  • https://openalex.org/W2914721351
  • https://openalex.org/W2915418360
  • https://openalex.org/W2954968705
  • https://openalex.org/W2957279767
  • https://openalex.org/W2969523067
  • https://openalex.org/W2973703528
  • https://openalex.org/W2980220495
  • https://openalex.org/W3001324015
  • https://openalex.org/W3016635047
  • https://openalex.org/W3021334467
  • https://openalex.org/W3048601257
  • https://openalex.org/W3080093182
  • https://openalex.org/W3089015457
  • https://openalex.org/W3107209823
  • https://openalex.org/W3120078394
  • https://openalex.org/W3120684968
  • https://openalex.org/W3127933853
  • https://openalex.org/W3130990721
  • https://openalex.org/W3135944620
  • https://openalex.org/W3158435559
  • https://openalex.org/W3177648831
  • https://openalex.org/W3202061295
  • https://openalex.org/W3209134501
  • https://openalex.org/W3216987107
  • https://openalex.org/W32195621
  • https://openalex.org/W4211026552
  • https://openalex.org/W4229520201
  • https://openalex.org/W4229971778
  • https://openalex.org/W4239328123
  • https://openalex.org/W4239631324
  • https://openalex.org/W4241406656
  • https://openalex.org/W4246559749
  • https://openalex.org/W4254556085
  • https://openalex.org/W4283645175
  • https://openalex.org/W4297461071
  • https://openalex.org/W4388198071
  • https://openalex.org/W4388299086
  • https://openalex.org/W4388311124
  • https://openalex.org/W651572359
  • https://openalex.org/W653575891
  • https://openalex.org/W654005152
  • https://openalex.org/W788673684