Phylogenies are usually dated by calibrating interior nodes against the fossil record. This relies on indirect methods that, in the worst case, misrepresent the fossil information. Here, we contrast such node dating with an approach that includes fossils along with the extant taxa in a Bayesian total-evidence analysis. As a test case, we focus on the early radiation of the Hymenoptera, mostly documented by poorly preserved impression fossils that are difficult to place phylogenetically. Specifically, we compare node dating using nine calibration points derived from the fossil record with total-evidence dating based on 343 morphological characters scored for 45 fossil (4--20 complete) and 68 extant taxa. In both cases we use molecular data from seven markers (∼5 kb) for the extant taxa. Because it is difficult to model speciation, extinction, sampling, and fossil preservation realistically, we develop a simple uniform prior for clock trees with fossils, and we use relaxed clock models to accommodate rate variation across the tree. Despite considerable uncertainty in the placement of most fossils, we find that they contribute significantly to the estimation of divergence times in the total-evidence analysis. In particular, the posterior distributions on divergence times are less sensitive to prior assumptions and tend to be more precise than in node dating. The total-evidence analysis also shows that four of the seven Hymenoptera calibration points used in node dating are likely to be based on erroneous or doubtful assumptions about the fossil placement. With respect to the early radiation of Hymenoptera, our results suggest that the crown group dates back to the Carboniferous, ∼309 Ma (95% interval: 291--347 Ma), and diversified into major extant lineages much earlier than previously thought, well before the Triassic. [Bayesian inference; fossil dating; morphological evolution; relaxed clock; statistical phylogenetics.]

Hymenoptera (sawflies, wasps, ants, and bees) are one of four mega-diverse insect orders, comprising more than 153,000 described and possibly up to one million undescribed extant species [1, 2]. As parasitoids, predators, and pollinators, Hymenoptera play a fundamental role in virtually all terrestrial ecosystems and are of substantial economic importance [1, 3]. To understand the diversification and key evolutionary transitions of Hymenoptera, most notably from phytophagy to parasitoidism and predation (and vice versa) and from solitary to eusocial life, we inferred the phylogeny and divergence times of all major lineages of Hymenoptera by analyzing 3,256 protein-coding genes in 173 insect species. Our analyses suggest that extant Hymenoptera started to diversify around 281 million years ago (mya). The primarily ectophytophagous sawflies are found to be monophyletic. The species-rich lineages of parasitoid wasps constitute a monophyletic group as well. The little-known, species-poor Trigonaloidea are identified as the sister group of the stinging wasps (Aculeata). Finally, we located the evolutionary root of bees within the apoid wasp family "Crabronidae." Our results reveal that the extant sawfly diversity is largely the result of a previously unrecognized major radiation of phytophagous Hymenoptera that did not lead to wood-dwelling and parasitoidism. They also confirm that all primarily parasitoid wasps are descendants of a single endophytic parasitoid ancestor that lived around 247 mya. Our findings provide the basis for a natural classification of Hymenoptera and allow for future comparative analyses of Hymenoptera, including their genomes, morphology, venoms, and parasitoid and eusocial life styles.

Many species, including humans, have dramatically expanded their range in the past, and such range expansions had certainly an impact on their genetic diversity. For example, mutations arising in populations at the edge of a range expansion can sometimes surf on the wave of advance and thus reach a larger spatial distribution and a much higher frequency than would be expected in stationary populations. We study here this surfing phenomenon in more detail, by performing extensive computer simulations under a two-dimensional stepping-stone model. We find that the probability of survival of a new mutation depends to a large degree on its proximity to the edge of the wave. Demographic factors such as deme size, migration rate, and local growth rate also influence the fate of these new mutations. We also find that the final spatial and frequency distributions depend on the local deme size of a subdivided population. This latter result is discussed in the light of human expansions in Europe as it should allow one to distinguish between mutations having spread with Paleolithic or Neolithic expansions. By favoring the spread of new mutations, a consequence of the surfing phenomenon is to increase the rate of evolution of spatially expanding populations.

Bayesian total-evidence dating involves the simultaneous analysis of morphological data from the fossil record and morphological and sequence data from recent organisms, and it accommodates the uncertainty in the placement of fossils while dating the phylogenetic tree. Due to the flexibility of the Bayesian approach, total-evidence dating can also incorporate additional sources of information. Here, we take advantage of this and expand the analysis to include information about fossilization and sampling processes. Our work is based on the recently described fossilized birth-death (FBD) process, which has been used to model speciation, extinction, and fossilization rates that can vary over time in a piecewise manner. So far, sampling of extant and fossil taxa has been assumed to be either complete or uniformly at random, an assumption which is only valid for a minority of data sets. We therefore extend the FBD process to accommodate diversified sampling of extant taxa, which is standard practice in studies of higher-level taxa. We verify the implementation using simulations and apply it to the early radiation of Hymenoptera (wasps, ants, and bees). Previous total-evidence dating analyses of this data set were based on a simple uniform tree prior and dated the initial radiation of extant Hymenoptera to the late Carboniferous (309 Ma). The analyses using the FBD prior under diversified sampling, however, date the radiation to the Triassic and Permian (252 Ma), slightly older than the age of the oldest hymenopteran fossils. By exploring a variety of FBD model assumptions, we show that it is mainly the accommodation of diversified sampling that causes the push toward more recent divergence times. Accounting for diversified sampling thus has the potential to close the long-discussed gap between rocks and clocks. We conclude that the explicit modeling of fossilization and sampling processes can improve divergence time estimates, but only if all important model aspects, including sampling biases, are adequately addressed.

Abstract The fundamental value of universal nomenclatural systems in biology is that they enable unambiguous scientific communication. However, the stability of these systems is threatened by recent discussions asking for a fairer nomenclature, raising the possibility of bulk revision processes for “inappropriate” names. It is evident that such proposals come from very deep feelings, but we show how they can irreparably damage the foundation of biological communication and, in turn, the sciences that depend on it. There are four essential consequences of objective codes of nomenclature: universality, stability, neutrality, and transculturality. These codes provide fair and impartial guides to the principles governing biological nomenclature and allow unambiguous universal communication in biology. Accordingly, no subjective proposals should be allowed to undermine them.

Abstract With an estimated 100,000 extant species, Darwin wasps (Ichneumonidae) are more specious than all vertebrates together. However, only 288 fossil species have been described to date, with hundreds more awaiting formal description in palaeontological collections. One of the largest gaps in our knowledge concerns the ~12 million years between the K-PG mass extinction and the late Ypresian, from which only two species have been formally described, including Pimpla stigmatica Henriksen from the Danish Fur Formation (~55 Ma). Ie here redescribe and reclassify this species in the genus Epitheronia Gupta, n. comb., and describe nine new species from this fossil locality that are consistent with a placement in Pimplinae: Crusopimpla collina n. sp., C. elongata n. sp., C. minuta n. sp., C. rettigi n. sp., C. violina n. sp., Theronia? furensis n. sp., T. nigriscutum n. sp., Xanthopimpla ciboisae n. sp., and X. crescendae n. sp. The diagnosis of the genus Crusopimpla Kopylov, Spasojevic & Klopfstein is amend in the light of the new species. By comparing the preserved colouration between and within specimens of different species, we draw conclusions about the taxonomic usefulness of colour patterns observed in Fur Formation ichneumonids. The number of described species of pimpline parasitoid wasps from Fur is very high when compared to any other fossil deposit, but low with respect to numbers of extant species. Further study and excavation of Fur ichneumonids will certainly reveal an even higher diversity.

Abstract Darwin wasps (Ichneumonidae) are one of the most species-rich insect families, but also one of the most understudied ones, both in terms of their extant and extinct diversity. We here use morphometrics of wing veins and an integrative Bayesian analysis to place a new rock fossil species from the Danish Fur Formation (∼54 Ma) in the tree of Darwin wasps. The new species, Pherhombus parvulus n. sp., is placed firmly in Pherhombinae, an extinct subfamily so far only known from Baltic and Rovno-Ukranian ambers, which are estimated to be 34–48 Ma and 34–38 Ma, respectively. Our phylogenetic analysis recovers a subfamily clade within the higher Ophioniformes formed by Pherhombinae, Townesitinae and Hybrizontinae, in accordance with previous suggestions. Due to the placement of the new species as sister to the remaining members of Pherhombinae, we argue that our finding is not at odds with a much younger, late Eocene age (∼34–41 Ma) of Baltic amber and instead demonstrates that Pherhombus existed over a much longer period than previously thought. Our results also exemplify the power of wing vein morphometrics and integrative phylogenetic analyses in resolving the placement even of poorly preserved fossil specimens.

Taxon sampling is a central aspect of phylogenetic study design, but it has received limited attention in the context of molecular dating and especially in the framework of total-evidence dating, a widely used dating approach that directly integrates molecular and morphological information from extant and fossil taxa. We here assess the impact of different outgroup sampling schemes on age estimates in a total-evidence dating analysis under the uniform tree prior. Our study group are Pimpliformes, a highly diverse, rapidly radiating group of parasitoid wasps of the family Ichneumonidae. We cover 201 extant and 79 fossil taxa, including the oldest fossils of the family from the Early Cretaceous and the first unequivocal representatives of extant subfamilies from the mid Paleogene. Based on newly compiled molecular data from ten nuclear genes and a morphological matrix that includes 222 characters, we show that age estimates become both older and less precise with the inclusion of more distant and more poorly sampled outgroups. In addition, we discover an artefact that might be detrimental for total-evidence dating: "bare-branch attraction", namely high attachment probabilities of, especially, older fossils to terminal branches for which morphological data are missing. After restricting outgroup sampling and adding morphological data for the previously attracting, bare branches, we recover a Middle and Early Jurassic origin for Pimpliformes and Ichneumonidae, respectively. This first age estimate for the group not only suggests an older origin than previously thought, but also that diversification of the crown group happened before the Cretaceous-Paleogene boundary. Our case study demonstrates that in order to obtain robust age estimates, total-evidence dating studies need to be based on a thorough and balanced sampling of both extant and fossil taxa, with the aim of minimizing evolutionary rate heterogeneity and missing morphological information.

Calibrating the molecular clock is the most contentious step in every dating analysis, but the emerging total-evidence dating approach promises increased objectivity. It combines molecular and morphological data of extant and fossil taxa in a Bayesian framework. Information about absolute node ages stems from the inferred fossil placements and associated branch lengths, under the assumption of a morphological clock. We here use computer simulations to assess the impact of mismatch of the morphology model, such as misspecification of character states and transition rates, non-stationarity of the evolutionary process, and extensive variation of evolutionary rates among branches. Comparisons with published datasets suggest that, at least for evolutionary rates typically observed in discrete morphological characters, the total-evidence dating framework is surprisingly robust to these factors. We show that even with relatively low numbers of morphological characters sampled, extensive model mismatch is mostly irrelevant for the performance of the method. The only exception we found are cases of highly asymmetric state frequencies and thus transition rates, but these can be accounted for by appropriate morphology models. In contrast, we find that the temporal scope of fossil sampling has a major impact on divergence time estimates, with the time signal quickly eroding if only rather young fossils are included in an analysis. Our results suggest that total-evidence dating might work even without a good understanding of morphological evolution and that study design should instead focus on an adequate sampling of all relevant fossils, even those with highly incomplete preservation.

The fossil record constitutes the primary source of information about the evolutionary history of extant and extinct groups, and many analyses of macroevolution rely on fossils that are accurately placed within phylogenies. To avoid misinterpretation of the fossil record, especially by non-palaeontologists, the proper assessment and communication of uncertainty in fossil placement is crucial. We here use Bayesian morphological phylogenetics to evaluate the classifications of fossil parasitoid wasps (Hymenoptera, Ichneumonidae) and introduce 'RoguePlots' to illustrate placement uncertainty on the phylogeny of extant taxa. Based on an extensive, newly constructed morphological matrix of 222 characters in 24 fossil and 103 extant taxa, we test three different aspects of models of morphological evolution. We find that a model that includes ordered characters, among-character rate variation, and a state-space restricted to observed states achieves the highest marginal likelihoods. The individual RoguePlots reveal large differences in confidence in the placement of the different fossils and allow some refinements to their classification: Polyhelictes bipolarus and Ichninsum appendicrassum are moved from an uncertain subfamily placement to Pimplinae, Plectiscidea lanhami is transferred to Allomacrus in Cylloceriinae (Allomacrus lanhami, comb. nov.), Lithotorus cressoni is moved from Diplazontinae to Orthocentrinae, and we note uncertainty in the generic placement of Xanthopimpla? messelensis. We discuss potential artefacts that might result in biased posterior probabilities in Bayesian morphological phylogenetic analyses, pertaining to character and taxon sampling, fossilization biases, and model misspecification. Finally, we suggest future directions both in ichneumonid palaeontology, in the modelling of morphological evolution, and in the way Bayesian phylogenetics can improve both assessment and representation of fossil placement uncertainty.