ABSTRACT The incorporation of stratigraphic data into phylogenetic analysis has a long history of debate, but is not currently standard practice for palaeontologists. Bayesian tip-dating (or morphological clock) phylogenetic methods have returned these arguments to the spotlight, but how tip-dating affects the recovery of evolutionary relationships has yet to be fully explored. Here we show, through analysis of several datasets with multiple phylogenetic methods, that topologies produced by tip-dating are outliers when compared to topologies produced by parsimony and undated Bayesian methods, which retrieve broadly similar trees. Unsurprisingly, trees recovered by tip-dating have better fit to stratigraphy than trees recovered by other methods, due to trees with better stratigraphic fit being assigned a higher prior probability. Differences in stratigraphic fit and tree topology between tip-dating and other methods appear to be concentrated in parts of the tree with weaker character signal and a stronger influence of the prior, as shown by successive deletion of the most incomplete taxa from a sauropod dataset. Tip-dating applied to Mesozoic mammals firmly rejects a monophyletic Allotheria, and strongly supports diphyly of haramiyidans, with the late Triassic Haramiyavia and Thomasia forming a clade with tritylodontids, which is distant from the middle Jurassic euharamiyidans. This result is not sensitive to the controversial age of the eutherian Juramaia . A Test of the age of Juramaia using a less restrictive prior reveals strong support from the data for an Early Cretaceous age. Our results suggest that tip-dating incorporates stratigraphic data in an intuitive way, with good stratigraphic fit a prior expectation that can be overturned by strong evidence from character data.

Abstract Phylogenies with estimates of divergence times are essential for investigating many evolutionary questions. In principle, “tip-dating” is arguably the most appropriate approach, with fossil and extant taxa analyzed together in a single analysis, and topology and divergence times estimated simultaneously. However, “node-dating” (as used in many molecular clock analyses), in which fossil evidence is used to calibrate the age of particular nodes a priori, will probably remain the dominant approach, due to various issues with analyzing morphological and molecular data together. Tip-dating may nevertheless play a key role in robustly identifying fossil taxa that can be used to inform node-dating calibrations. Here, we present tip-dating analyses of platyrrhine primates (so-called “New World monkeys”) based on a total evidence dataset of 418 morphological characters and 10.2 kb of DNA sequence data from 17 nuclear genes, combined from previous studies. The resultant analyses support a late Oligocene or early Miocene age for crown Platyrrhini (composite age estimate: 20.7-28.2 Ma). Other key findings include placement of the early Miocene putative cebid Panamacebus outside crown Platyrrhini, equivocal support for Proteropithecia being a pitheciine, and support for a clade comprising three subfossil platyrrhines from the Caribbean ( Xenothrix , Antillothrix and Paralouatta ), related to Callicebinae. Based on these results and the available literature, we provide a list of 27 well-justified node calibrations for primate divergences, following best practices: 17 within Haplorhini, five within Strepsirrhini, one for crown Primates, and four for deeper divergences within Euarchontoglires. In each case, we provide a hard minimum bound, and for 23 of these we also provide a soft maximum bound and a suggested prior distribution. For each calibrated node, we provide the age of the oldest fossil of each daughter lineage that descends from it, which allows use of the “CladeAge” method for specifying priors on node ages.

Abstract Little is known about how the large brains of mammals are accommodated into the dazzling diversity of their skulls. It has been suggested that brain shape is influenced by relative brain size, that it evolves or develops according to extrinsic or intrinsic mechanical constraints, and that its shape can provide insights into its proportions and function. Here, we characterise the shape variation among 84 marsupial cranial endocasts of 57 species including fossils, using 3D geometric morphometrics and virtual dissections. Statistical shape analysis revealed four main patterns: over half of endocast shape variation ranges between elongate and straight to globular and inclined; little allometric variation with respect to centroid size, and none for relative volume; no association between locomotion and endocast shape; limited association between endocast shape and previously published histological cortex volumes. Fossil species tend to have smaller cerebral hemispheres. We find divergent endocast shapes in closely related species and within species, and diverse morphologies superimposed over the main variation. An evolutionarily and individually malleable brain with a fundamental tendency to arrange into a spectrum of elongate-to-globular shapes – possibly mostly independent of brain function - may explain the accommodation of brains within the enormous diversity of mammalian skull form.

Abstract Dental topographic metrics (DTMs), which quantify different aspects of the shape of teeth, are powerful tools for studying dietary adaptation and evolution in mammals. However, comparative samples of scanned mammal teeth suitable for analysis with DTMs remain limited in size and scope, with little or no representation of some major lineages, even within well-studied clades such as primates. In addition, current DTM protocols usually rely on proprietary software, which may be unavailable to many researchers for reasons of cost. We address these issues in the context of a DTM analysis of the primate clade Platyrrhini (“New World monkeys”) by: 1) presenting a large comparative sample of scanned second lower molars (m2s) of callitrichids (marmosets and tamarins), which were previously underrepresented in publicly available platyrrhine datasets; and 2) giving full details of an entirely freeware pipeline for DTM analysis. We also present an updated discrete dietary classification scheme for extant platyrrhines, based on cluster analysis of dietary data extracted from 98 primary studies. Our freeware pipeline performs equally well in dietary classification accuracy of an existing sample of platyrrhine m2s (excluding callitrichids) as a published protocol that uses proprietary software, at least when multiple DTMs are combined. Individual DTMs however, sometimes showed very different results in classification accuracies between that of our freeware pipeline and that of the proprietary protocol, most likely due to the differences in the smoothing functions used. The addition of callitrichids still resulted in high classification accuracy in predicting diet with combined DTMs, although accuracy was considerably higher when molar size was included (90%) than excluded (73%). We conclude that our new freeware DTM pipeline is capable of accurately predicting diet in platyrrhines based on tooth shape and size, and so is suitable for inferring probable diet of taxa for which direct dietary information is unavailable, such as fossil species.

Abstract Ancient tooth enamel, and to some extent dentin and bone, contain characteristic peptides that persist for long periods of time. In particular, peptides from the enamel proteome (enamelome) have been used to reconstruct the phylogenetic relationships of fossil specimens and to estimate divergence times. However, the enamelome is based on only about 10 genes, whose protein products undergo fragmentation post mortem . Moreover, some of the enamelome genes are paralogous or may coevolve. This raises the question as to whether the enamelome provides enough information for reliable phylogenetic inference. We address these considerations on a selection of enamel-associated proteins that has been computationally predicted from genomic data from 232 primate species. We created multiple sequence alignments (MSAs) for each protein and estimated the evolutionary rate for each site and examined which sites overlap with the parts of the protein sequences that are typically isolated from fossils. Based on this, we simulated ancient data with different degrees of sequence fragmentation, followed by phylogenetic analysis. We compared these trees to a reference species tree. Up to a degree of fragmentation that is similar to that of fossil samples from 1-2 million years ago, the phylogenetic placements of most nodes at family level are consistent with the reference species tree. We found that the composition of the proteome influences the phylogenetic placement of Tarsiiformes. For the inference of molecular phylogenies based on paleoproteomic data, we recommend characterizing the evolution of the proteomes from the closest extant relatives to maximize the reliability of phylogenetic inference.

Abstract Understanding the drivers of speciation is fundamental in evolutionary biology, and recent studies highlight hybridization as a potential facilitator of adaptive radiations. Using whole-genome sequencing data from 22 species of guenons (tribe Cercopithecini), one of the world’s largest primate radiations, we show that rampant gene flow characterizes their evolutionary history, and identify ancient hybridization across deeply divergent lineages differing in ecology, morphology and karyotypes. Lineages experiencing gene flow tend to be more species-rich than non-admixed lineages. Mitochondrial transfers between distant lineages were likely facilitated by co-introgression of co-adapted nuclear variants. Although the genomic landscapes of introgression were largely lineage specific, we found that genes with immune functions were overrepresented in introgressing regions, in line with adaptive introgression, whereas genes involved in pigmentation and morphology may contribute to reproductive isolation. This study provides important insights into the prevalence, role and outcomes of ancestral hybridization in a large mammalian radiation.

Morphological phylogenies of mammals continue to show major conflicts with the robust molecular consensus view of their relationships. This raises doubts as to whether current morphological character sets are able to accurately resolve mammal relationships, particularly for fossil taxa for which, in most cases, molecular data is unlikely to ever become available. We tested this under a hypothetical "best case scenario" by using ancestral state reconstruction (under both maximum parsimony and maximum likelihood) to infer the morphologies of fossil ancestors for all clades present in a recent comprehensive molecular phylogeny of mammals, and then seeing what effect inclusion of these predicted ancestors had on unconstrained analyses of morphological data. We found that this resulted in topologies that are highly congruent with the molecular consensus, even when simulating the effect of incomplete fossilisation. Most strikingly, several analyses recovered monophyly of clades that have never been found in previous morphology-only studies, such as Afrotheria and Laurasiatheria. Our results suggest that, at least in principle, improvements in the fossil record may be sufficient to largely reconcile morphological and molecular phylogenies of mammals, even with current morphological character sets.