Determining the timing of diversification of modern birds has been difficult. We combined DNA sequences of clock-like genes for most avian families with 130 fossil birds to generate a new time tree for Neornithes and investigated their biogeographic and diversification dynamics. We found that the most recent common ancestor of modern birds inhabited South America around 95 million years ago, but it was not until the Cretaceous-Paleogene transition (66 million years ago) that Neornithes began to diversify rapidly around the world. Birds used two main dispersion routes: reaching the Old World through North America, and reaching Australia and Zealandia through Antarctica. Net diversification rates increased during periods of global cooling, suggesting that fragmentation of tropical biomes stimulated speciation. Thus, we found pervasive evidence that avian evolution has been influenced by plate tectonics and environmental change, two basic features of Earth's dynamics.

Dispersal can stimulate speciation by facilitating geographical expansion across barriers or inhibit speciation by maintaining gene flow among populations. Therefore, the relationship between dispersal ability and speciation rates can be positive or negative. Furthermore, an ‘intermediate dispersal’ model that combines positive and negative effects predicts a unimodal relationship between dispersal and diversification. Because both dispersal ability and speciation rates are difficult to quantify, empirical evidence for the relationship between dispersal and diversification remains scarce. Using a surrogate for flight performance and a species-level DNA-based phylogeny of a large South American bird radiation (the Furnariidae), we found that lineages with higher dispersal ability experienced lower speciation rates. We propose that the degree of fragmentation or permeability of the geographical setting together with the intermediate dispersal model are crucial in reconciling previous, often contradictory findings regarding the relationship between dispersal and diversification.

Whole-genome sequencing projects are increasingly populating the tree of life and characterizing biodiversity1–4. Sparse taxon sampling has previously been proposed to confound phylogenetic inference5, and captures only a fraction of the genomic diversity. Here we report a substantial step towards the dense representation of avian phylogenetic and molecular diversity, by analysing 363 genomes from 92.4% of bird families—including 267 newly sequenced genomes produced for phase II of the Bird 10,000 Genomes (B10K) Project. We use this comparative genome dataset in combination with a pipeline that leverages a reference-free whole-genome alignment to identify orthologous regions in greater numbers than has previously been possible and to recognize genomic novelties in particular bird lineages. The densely sampled alignment provides a single-base-pair map of selection, has more than doubled the fraction of bases that are confidently predicted to be under conservation and reveals extensive patterns of weak selection in predominantly non-coding DNA. Our results demonstrate that increasing the diversity of genomes used in comparative studies can reveal more shared and lineage-specific variation, and improve the investigation of genomic characteristics. We anticipate that this genomic resource will offer new perspectives on evolutionary processes in cross-species comparative analyses and assist in efforts to conserve species. A dataset of the genomes of 363 species from the Bird 10,000 Genomes Project shows increased power to detect shared and lineage-specific variation, demonstrating the importance of phylogenetically diverse taxon sampling in whole-genome sequencing.

Patterns of diversification in species-rich clades provide insight into the processes that generate biological diversity. We tested different models of lineage and phenotypic diversification in an exceptional continental radiation, the ovenbird family Furnariidae, using the most complete species-level phylogenetic hypothesis produced to date for a major avian clade (97% of 293 species). We found that the Furnariidae exhibit nearly constant rates of lineage accumulation but show evidence of constrained morphological evolution. This pattern of sustained high rates of speciation despite limitations on phenotypic evolution contrasts with the results of most previous studies of evolutionary radiations, which have found a pattern of decelerating diversity-dependent lineage accumulation coupled with decelerating or constrained phenotypic evolution. Our results suggest that lineage accumulation in tropical continental radiations may not be as limited by ecological opportunities as in temperate or island radiations. More studies examining patterns of both lineage and phenotypic diversification are needed to understand the often complex tempo and mode of evolutionary radiations on continents.

Avian diversification has been influenced by global climate change, plate tectonic movements, and mass extinction events. However, the impact of these factors on the diversification of the hyperdiverse perching birds (passerines) is unclear because family level relationships are unresolved and the timing of splitting events among lineages is uncertain. We analyzed DNA data from 4,060 nuclear loci and 137 passerine families using concatenation and coalescent approaches to infer a comprehensive phylogenetic hypothesis that clarifies relationships among all passerine families. Then, we calibrated this phylogeny using 13 fossils to examine the effects of different events in Earth history on the timing and rate of passerine diversification. Our analyses reconcile passerine diversification with the fossil and geological records; suggest that passerines originated on the Australian landmass ∼47 Ma; and show that subsequent dispersal and diversification of passerines was affected by a number of climatological and geological events, such as Oligocene glaciation and inundation of the New Zealand landmass. Although passerine diversification rates fluctuated throughout the Cenozoic, we find no link between the rate of passerine diversification and Cenozoic global temperature, and our analyses show that the increases in passerine diversification rate we observe are disconnected from the colonization of new continents. Taken together, these results suggest more complex mechanisms than temperature change or ecological opportunity have controlled macroscale patterns of passerine speciation.

Abstract An organism’s ability to disperse influences many fundamental processes, from speciation and geographical range expansion to community assembly. However, the patterns and underlying drivers of variation in dispersal across species remain unclear, partly because standardised estimates of dispersal ability are rarely available. Here we present a global dataset of avian hand-wing index (HWI), an estimate of wing shape widely adopted as a proxy for dispersal ability in birds. We show that HWI is correlated with geography and ecology across 10,338 (>99%) species, increasing at higher latitudes and with migration, and decreasing with territoriality. After controlling for these effects, the strongest predictor of HWI is temperature variability (seasonality), with secondary effects of diet and habitat type. Finally, we also show that HWI is a strong predictor of geographical range size. Our analyses reveal a prominent latitudinal gradient in HWI shaped by a combination of environmental and behavioural factors, and also provide a global index of avian dispersal ability for use in community ecology, macroecology, and macroevolution.

Diversity does not drive speciation The role of the environment in the origin of new species has long been debated. Harvey et al. examined the evolutionary history and species diversity of suboscine birds in the tropics (see the Perspective by Morlon). Contrary to expectations that the tropics have higher rates of speciation, the authors observed that higher and more constant speciation rates occur in harsh environments relative to the tropics. Thus, for this group of birds, diversification in temperate to Arctic regions followed by the movement and retention of species in the tropics results in their higher local levels of species diversity. Science , this issue p. 1343 ; see also p. 1268

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.

Among the macroevolutionary drivers of molecular evolutionary rates, metabolic demands and environmental energy have been a central topic of discussion. The large number of studies examining these associations have found mixed results, and have rarely explored the interactions among various factors impacting molecular evolutionary rates. Taking the diverse avian family Furnariidae as a case study, we examined the association between several estimates of molecular evolutionary rates with a proxy of metabolic demands imposed by flight (wing morphology) and proxies of environmental energy across the geographic ranges of species (temperature and UV radiation). We found a strong positive association between molecular rates in genomic regions that can change the coded amino-acid with wing morphology, environmental temperature, and UV radiation. Strikingly, however, we did not find evidence of such associations with molecular rates at sites not impacting amino-acids. Our results suggest that the demands of flight and environmental energy primarily impact genome evolution by placing selective constraints, instead of being associated with basal mutation rates.

An organism's ability to disperse influences many fundamental processes in ecology. However, standardised estimates of dispersal ability are rarely available, and thus the patterns and drivers of broad-scale variation in dispersal ability remain unclear. Here we present a global dataset of avian hand-wing index (HWI), an estimate of wingtip pointedness widely adopted as a proxy for flight efficiency and dispersal in birds. We show that HWI is correlated with geography and ecology across 10,391 (>99 %) bird species, increasing at higher latitudes and in migratory and/or non-territorial species. After controlling for these effects, the strongest predictor of HWI is temperature variability (i.e. seasonality), with secondary effects of diet and habitat type. Our analyses (1) reveal a prominent latitudinal gradient in HWI shaped by ecological and environmental factors, and (2) provide a global index of avian dispersal ability for wider use in community ecology, macroecology, and macroevolution.