-

Coevolutionary interactions are thought to have spurred the evolution of key innovations and driven the diversification of much of life on Earth. However, the genetic and evolutionary basis of the innovations that facilitate such interactions remains poorly understood. We examined the coevolutionary interactions between plants (Brassicales) and butterflies (Pieridae), and uncovered evidence for an escalating evolutionary arms-race. Although gradual changes in trait complexity appear to have been facilitated by allelic turnover, key innovations are associated with gene and genome duplications. Furthermore, we show that the origins of both chemical defenses and of molecular counter adaptations were associated with shifts in diversification rates during the arms-race. These findings provide an important connection between the origins of biodiversity, coevolution, and the role of gene and genome duplications as a substrate for novel traits.

Dog Domestication The precise details of the domestication and origins of domestic dogs are unclear. Thalmann et al. (p. 871 ; see the cover) analyzed complete mitochondrial genomes from present-day dogs and wolves, as well as 18 fossil canids dating from 1000 to 36,000 years ago from the Old and New Worlds. The data suggest that an ancient, now extinct, central European population of wolves was directly ancestral to domestic dogs. Furthermore, several ancient dogs may represent failed domestication events.

The butterfly family Nymphalidae contains some of the most important non-drosophilid insect model systems for evolutionary and ecological studies, yet the evolutionary history of the group has remained shrouded in mystery. We have inferred a robust phylogenetic hypothesis based on sequences of 10 genes and 235 morphological characters for exemplars of 400 of the 540 valid nymphalid genera representing all major lineages of the family. By dating the branching events, we infer that Nymphalidae originated in the Cretaceous at 90 Ma, but that the ancestors of 10–12 lineages survived the end-Cretaceous catastrophe in the Neotropical and Oriental regions. Patterns of diversification suggest extinction of lineages at the Cretaceous/Tertiary boundary (65 Ma) and subsequent elevated speciation rates in the Tertiary.

Increasing the number of characters used in phylogenetic studies is the next crucial step towards generating robust and stable phylogenetic hypotheses—i.e., strongly supported and consistent across reconstruction method. Here we describe a genomic approach to finding new protein-coding genes for systematics in nonmodel taxa, which can be PCR amplified from standard, slightly degraded genomic DNA extracts. We test this approach on Lepidoptera, searching the draft genomic sequence of the silk moth Bombyx mori, for exons > 500 bp in length, removing annotated gene families, and compared remaining exons with butterfly EST databases to identify conserved regions for primer design. These primers were tested on a set of 65 taxa primarily in the butterfly family Nymphalidae. We were able to identify and amplify six previously unused gene regions (Arginine Kinase, GAPDH, IDH, MDH, RpS2, and RpS5) and two rarely used gene regions (CAD and DDC) that when added to the three traditional gene regions (COI, EF-1α and wingless) gave a data set of 8114 bp. Phylogenetic robustness and stability increased with increasing numbers of genes. Smaller taxanomic subsets were also robust when using the full gene data set. The full 11-gene data set was robust and stable across reconstruction methods, recovering the major lineages and strongly supporting relationships within them. Our methods and insights should be applicable to taxonomic groups having a single genomic reference species and several EST databases from taxa that diverged less than 100 million years ago.

Abstract Background Plant-feeding insects make up a large part of earth's total biodiversity. While it has been shown that herbivory has repeatedly led to increased diversification rates in insects, there has been no compelling explanation for how plant-feeding has promoted speciation rates. There is a growing awareness that ecological factors can lead to rapid diversification and, as one of the most prominent features of most insect-plant interactions, specialization onto a diverse resource has often been assumed to be the main process behind this diversification. However, specialization is mainly a pruning process, and is not able to actually generate diversity by itself. Here we investigate the role of host colonizations in generating insect diversity, by testing if insect speciation rate is correlated with resource diversity. Results By applying a variant of independent contrast analysis, specially tailored for use on questions of species richness (MacroCAIC), we show that species richness is strongly correlated with diversity of host use in the butterfly family Nymphalidae. Furthermore, by comparing the results from reciprocal sister group selection, where sister groups were selected either on the basis of diversity of host use or species richness, we find that it is likely that diversity of host use is driving species richness, rather than vice versa. Conclusion We conclude that resource diversity is correlated with species richness in the Nymphalidae and suggest a scenario based on recurring oscillations between host expansions – the incorporation of new plants into the repertoire – and specialization, as an important driving force behind the diversification of plant-feeding insects.

Lepidoptera (butterflies and moths) represent one of the most diverse animals groups. Yet, the phylogeny of advanced ditrysian Lepidoptera, accounting for about 99 per cent of lepidopteran species, has remained largely unresolved. We report a rigorous and comprehensive analysis of lepidopteran affinities. We performed phylogenetic analyses of 350 taxa representing nearly 90 per cent of lepidopteran families. We found Ditrysia to be a monophyletic taxon with the clade Tischerioidea + Palaephatoidea being the sister group of it. No support for the monophyly of the proposed major internested ditrysian clades, Apoditrysia, Obtectomera and Macrolepidoptera, was found as currently defined, but each of these is supported with some modification. The monophyly or near-monophyly of most previously identified lepidopteran superfamilies is reinforced, but several species-rich superfamilies were found to be para- or polyphyletic. Butterflies were found to be more closely related to ‘microlepidopteran’ groups of moths rather than the clade Macrolepidoptera, where they have traditionally been placed. There is support for the monophyly of Macrolepidoptera when butterflies and Calliduloidea are excluded. The data suggest that the generally short diverging nodes between major groupings in basal non-tineoid Ditrysia are owing to their rapid radiation, presumably in correlation with the radiation of flowering plants.

Zahiri, R., Kitching, I. J., Lafontaine, J. D., Mutanen, M., Kaila, L., Holloway, J. D. & Wahlberg, N. (2010). A new molecular phylogeny offers hope for a stable family level classification of the Noctuoidea (Lepidoptera). — Zoologica Scripta , 40 , 158–173. To examine the higher level phylogeny and evolutionary affinities of the megadiverse superfamily Noctuoidea, an extensive molecular systematic study was undertaken with special emphasis on Noctuidae, the most controversial group in Noctuoidea and arguably the entire Lepidoptera. DNA sequence data for one mitochondrial gene (cytochrome oxidase subunit I) and seven nuclear genes (Elongation Factor‐1α, wingless , Ribosomal protein S5, Isocitrate dehydrogenase, Cytosolic malate dehydrogenase, Glyceraldehyde‐3‐phosphate dehydrogenase and Carbamoylphosphate synthase domain protein) were analysed for 152 taxa of principally type genera/species for family group taxa. Data matrices (6407 bp total) were analysed by parsimony with equal weighting and model‐based evolutionary methods (maximum likelihood), which revealed a new high‐level phylogenetic hypothesis comprising six major, well‐supported lineages that we here interpret as families: Oenosandridae, Notodontidae, Erebidae, Nolidae, Euteliidae and Noctuidae.

Ecology Letters (2012) Abstract The latitudinal diversity gradient (LDG) is one of the most striking ecological patterns on our planet. Determining the evolutionary causes of this pattern remains a challenging task. To address this issue, previous LDG studies have usually relied on correlations between environmental variables and species richness, only considering evolutionary processes indirectly. Instead, we use a phylogenetically integrated approach to investigate the ecological and evolutionary processes responsible for the global LDG observed in swallowtail butterflies (Papilionidae). We find evidence for the ‘diversification rate hypothesis’ with different diversification rates between two similarly aged tropical and temperate clades. We conclude that the LDG is caused by (1) climatically driven changes in both clades based on evidence of responses to cooling and warming events, and (2) distinct biogeographical histories constrained by tropical niche conservatism and niche evolution. This multidisciplinary approach provides new findings that allow better understanding of the factors that shape LDGs.

As a step towards understanding the higher‐level phylogeny and evolutionary affinities of quadrifid noctuoid moths, we have undertaken the first large‐scale molecular phylogenetic analysis of the moth family Erebidae, including almost all subfamilies, as well as most tribes and subtribes. DNA sequence data for one mitochondrial gene ( COI ) and seven nuclear genes ( EF‐1α , wingless , RpS5 , IDH , MDH , GAPDH and CAD ) were analysed for a total of 237 taxa, principally type genera of higher taxa. Data matrices (6407 bp in total) were analysed by parsimony with equal weighting and model‐based evolutionary methods (maximum likelihood), which revealed a well‐resolved skeleton phylogenetic hypothesis with 18 major lineages, which we treat here as subfamilies of Erebidae. We thus present a new phylogeny for Erebidae consisting of 18 moderate to strongly supported subfamilies: Scoliopteryginae, Rivulinae, Anobinae, Hypeninae, Lymantriinae, Pangraptinae, Herminiinae, Aganainae, Arctiinae, Calpinae, Hypocalinae, Eulepidotinae, Toxocampinae, Tinoliinae, Scolecocampinae, Hypenodinae, Boletobiinae and Erebinae. Where possible, each monophyletic lineage is diagnosed by autapomorphic morphological character states, and within each subfamily, monophyletic tribes and subtribes can be circumscribed, most of which can also be diagnosed by morphological apomorphies. All additional taxa sampled fell within one of the four previously recognized quadrifid families (mostly into Erebidae), which are now found to include two unusual monobasic taxa from New Guinea: Cocytiinae (now in Erebidae: Erebinae) and Eucocytiinae (now in Noctuidae: Pantheinae).