At this time, no abstract is available. SciVerse Scopus has content delivery agreements in place with each publisher and currently contains 30 million records with an abstract. An abstract may not be present due to incomplete data, as supplied by the publisher, or is still in the process of being indexed.

Abstract Background Like human infants, songbirds learn their species-specific vocalizations through imitation learning. The birdsong system has emerged as a widely used experimental animal model for understanding the underlying neural mechanisms responsible for vocal production learning. However, how neural impulses are translated into the precise motor behavior of the complex vocal organ (syrinx) to create song is poorly understood. First and foremost, we lack a detailed understanding of syringeal morphology. Results To fill this gap we combined non-invasive (high-field magnetic resonance imaging and micro-computed tomography) and invasive techniques (histology and micro-dissection) to construct the annotated high-resolution three-dimensional dataset, or morphome, of the zebra finch ( Taeniopygia guttata ) syrinx. We identified and annotated syringeal cartilage, bone and musculature in situ in unprecedented detail. We provide interactive three-dimensional models that greatly improve the communication of complex morphological data and our understanding of syringeal function in general. Conclusions Our results show that the syringeal skeleton is optimized for low weight driven by physiological constraints on song production. The present refinement of muscle organization and identity elucidates how apposed muscles actuate different syringeal elements. Our dataset allows for more precise predictions about muscle co-activation and synergies and has important implications for muscle activity and stimulation experiments. We also demonstrate how the syrinx can be stabilized during song to reduce mechanical noise and, as such, enhance repetitive execution of stereotypic motor patterns. In addition, we identify a cartilaginous structure suited to play a crucial role in the uncoupling of sound frequency and amplitude control, which permits a novel explanation of the evolutionary success of songbirds.

Lepidosauria (lizards, snakes, tuatara) is a globally distributed and ecologically important group of over 9,000 reptile species. The earliest fossil records are currently restricted to the Late Triassic and often dated to 227 million years ago (Mya). As these early records include taxa that are relatively derived in their morphology (e.g. Brachyrhinodon), an earlier unknown history of Lepidosauria is implied. However, molecular age estimates for Lepidosauria have been problematic; dates for the most recent common ancestor of all lepidosaurs range between approximately 226 and 289 Mya whereas estimates for crown-group Squamata (lizards and snakes) vary more dramatically: 179 to 294 Mya. This uncertainty restricts inferences regarding the patterns of diversification and evolution of Lepidosauria as a whole. Here we report on a rhynchocephalian fossil from the Middle Triassic of Germany (Vellberg) that represents the oldest known record of a lepidosaur from anywhere in the world. Reliably dated to 238–240 Mya, this material is about 12 million years older than previously known lepidosaur records and is older than some but not all molecular clock estimates for the origin of lepidosaurs. Using RAG1 sequence data from 76 extant taxa and the new fossil specimens two of several calibrations, we estimate that the most recent common ancestor of Lepidosauria lived at least 242 Mya (238–249.5), and crown-group Squamata originated around 193 Mya (176–213). A Early/Middle Triassic date for the origin of Lepidosauria disagrees with previous estimates deep within the Permian and suggests the group evolved as part of the faunal recovery after the end-Permain mass extinction as the climate became more humid. Our origin time for crown-group Squamata coincides with shifts towards warmer climates and dramatic changes in fauna and flora. Most major subclades within Squamata originated in the Cretaceous postdating major continental fragmentation. The Vellberg fossil locality is expected to become an important resource for providing a more balanced picture of the Triassic and for bridging gaps in the fossil record of several other major vertebrate groups.

Climatic conditions changing over time and space shape the evolution of organisms at multiple levels, including temperate lizards in the family Lacertidae. Here we reconstruct a dated phylogenetic tree of 262 lacertid species based on a supermatrix relying on novel phylogenomic datasets and fossil calibrations. Diversification of lacertids was accompanied by an increasing disparity among occupied bioclimatic niches, especially in the last 10 Ma, during a period of progressive global cooling. Temperate species also underwent a genome-wide slowdown in molecular substitution rates compared to tropical and desert-adapted lacertids. Evaporative water loss and preferred temperature are correlated with bioclimatic parameters, indicating physiological adaptations to climate. Tropical, but also some populations of cool-adapted species experience maximum temperatures close to their preferred temperatures. We hypothesize these species-specific physiological preferences may constitute a handicap to prevail under rapid global warming, and contribute to explaining local lizard extinctions in cool and humid climates.

Understanding the genomic basis of adaptation to different abiotic environments is important for understanding organismal responses to current short-term environmental fluctuations. Using functional and comparative genomics approaches, we here investigated whether genomic adaptation to a set of environmental parameters is contingent across vertebrate genomes or, alternatively, contains an element of evolutionary constraint that would be evident through recurrent involvement of specific subsets of genes and functions in adaptation to similar environments. We first identified 200 genes with signatures of selection from transcriptomes of 24 species of lacertid lizards with known adaptations in preferred temperature, correlated with thermal environment experienced by these lizards in their range. In order to discern genes adapting to climate from other selective factors, we then performed a meta-analysis of 1100 genes with signatures of selection obtained from -omics studies in vertebrate species adapted to different abiotic environments. We found that this gene set formed a tightly connected interactome which was to 23% enriched in predicted functions of adaptation to climate and to 18% involved in organismal stress response. We found a much higher degree of recurrent use of identical genes (43.6%) and functional similarity than expected by chance, and no clear division between genes used in ectotherm and endotherm physiological strategies. 171 out of 200 genes of Lacertidae were part of this network, indicating that a comparative genomic approach can help to disentangle genes functionally related to adaptation to different abiotic environments from other selective factors. These results furthermore highlight an important role of genomic constraint in adaptation to the abiotic environment, and narrows the set of candidate markers to be used in future research on environmental adaptability related to climate change.

High-resolution computed tomography (HRCT) has become a widely used tool for studying the inner ear morphology of vertebrates. Amphisbaenians are one of the most specialized groups of fossorial reptiles but are poorly understood relative to other squamate reptile. In this paper we survey the anatomy of the inner and middle ear of these fossorial reptiles using HRCT models and we describe qualitatively and quantitatively (using 3D morphometrics) the anatomy of the inner ear. Amphisbaenians are diverse in skull anatomy, especially in the configuration of the snout, which correlates with digging modes. We demonstrate that the ear also exhibits a diversity of configurations, which are independent of phylogenetic relationships. Results from morphological analyses also allow us to describe 11 new potentially informative phylogenetic characters including some that help to diagnose amphisbaenians, such as: 1) the globular vestibule, ii) semicircular canals arranged in a circular trajectory, and iii) an extensive area of interaction between the columella footplate and the lagenar recess. Among extant amphisbaenians, Rhineura floridana has the most unusual inner ear configuration, including a horizontal semicircular canal that is in the same orientation as the inclined snout. The new morphological information helps us to better understand the morphology of headfirst-burrowing fossorial reptiles and contributes new data for resolution of phylogenetic relationships among amphisbaenians.

Abstract Comparisons of extant and extinct biodiversity are often dependent on objective morphology-based identifications of fossils and assume a well-established and comparable taxonomy for both fossil and modern taxa. However, since many modern (cryptic) species are delimitated mainly via external morphology and / or molecular data, it is often unclear to what degree fossilized (osteological) remains allow classification to a similar level. When intraspecific morphological variation in extant taxa is poorly known, the definition of extinct species as well as the referral of fossils to extant species can be heavily biased, particularly if fossils are represented by incomplete isolated skeletal elements. This problem is especially pronounced in squamates (lizards and snakes) owing to a lack of osteological comparative knowledge for many lower taxonomic groups, concomitant with a recent increase of molecular studies revealing great cryptic diversity. Here, we apply a quantitative approach using 3D geometric morphometrics on 238 individuals of 14 genera of extant Australian and Papua New Guinean agamid lizards to test the value of two isolated skull bones (frontals and maxillae) for inferring taxonomic and ecological affinities. We further test for the consistency of intra- and interspecific morphological variability of these elements as a proxy for extinct taxonomic richness. We show that both bones are diagnostic at the generic level, and both can infer microhabitat and are of palaeoecological utility. However, species-level diversity is likely underestimated by both elements, with ~30-40% of species pairs showing no significant differences in shape. Mean intraspecific morphological variability is largely consistent across species and bones and thus a useful proxy for extinct species diversity. Reducing sample size and landmark completeness to approximate fossil specimens led to decreased classification accuracy and increased variance of morphological disparity, raising further doubts on the transferability of modern species borders to the fossil record of agamids. Our results highlight the need to establish appropriate levels of morphology-based taxonomic or ecological groupings prior to comparing extant and extinct biodiversity.