マイクロハビタット、運動モード、ジャンプパフォーマンスに関連した、ユニークなアヌーラン骨盤および後肢の骨格の進化

アヌーラン（カエルとヒキガエル）は、テトラポッドの中にユニークな骨盤と後肢の骨格を持っています。それらの明確なボディープランは主に塩分に関連していますが、尾骨種は一次運動モード（歩行者、ホッパー、ジャンパー、スイマーなど）が異なり、幅広い微小生息地（例えば、穴を掘る、陸生、樹木状、およびさまざまな機能的要求を伴う水生）。彼らの大部分が保存されたボディプランを考えると、これらの多様なニッチへの形態学的適応は、より細かい形態学的変化に起因する可能性があります。私たちの研究では、アヌラのユニークな骨盤および後肢の骨格構造の形状の違いが、微小生息地、運動モード、およびジャンプ能力によってどのように異なるかを決定します。博物館コレクションから保存された標本のマイクロックスキャンを使用して、230のアヌーラン種の骨盤および後肢の骨格に3Dランドマークを追加しました。さらに、カエルの55科のうち52科と約2億100万年のアヌランの進化に及ぶこれらの種の文献からの微生物と運動データを編集しました。この堅牢なデータセットを使用して、骨盤と後肢の形態と系統発生履歴、アロメトリー、微生物、および運動モードの関係を調べます。マイクロハビタット（「ecomorphs」）および運動モード（「機関車」）のシフトに関連する骨盤および後肢の変化を見つけ、それらの形態学的変化を個々の種のジャンプ能力に直接関連付けます。また、個々の骨が進化速度と系統発生、体の大きさ、微生物、および運動モードとの関連でどのように変化するかを明らかにします。我々の発見は、以前は、尾側の生態学的および運動運動の多様化に関連する文書化されていない形態学的変動を明らかにし、その変動は種間のジャンプ能力の違いに関連しています。

Anurans (frogs and toads) have a unique pelvic and hind limb skeleton among tetrapods. Although their distinct body plan is primarily associated with saltation, anuran species vary in their primary locomotor mode (e.g., walkers, hoppers, jumpers, and swimmers) and are found in a wide array of microhabitats (e.g., burrowing, terrestrial, arboreal, and aquatic) with varying functional demands. Given their largely conserved body plan, morphological adaptation to these diverse niches likely results from more fine-scale morphological change. Our study determines how shape differences in Anura's unique pelvic and hind limb skeletal structures vary with microhabitat, locomotor mode, and jumping ability. Using microCT scans of preserved specimens from museum collections, we added 3D landmarks to the pelvic and hind limb skeleton of 230 anuran species. In addition, we compiled microhabitat and locomotor data from the literature for these species that span 52 of the 55 families of frogs and ∼210 million years of anuran evolution. Using this robust dataset, we examine the relationship between pelvic and hind limb morphology and phylogenetic history, allometry, microhabitat, and locomotor mode. We find pelvic and hind limb changes associated with shifts in microhabitat ("ecomorphs") and locomotor mode ("locomorphs") and directly relate those morphological changes to the jumping ability of individual species. We also reveal how individual bones vary in evolutionary rate and their association with phylogeny, body size, microhabitat, and locomotor mode. Our findings uncover previously undocumented morphological variation related to anuran ecological and locomotor diversification and link that variation to differences in jumping ability among species.