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Evolutionary concepts meet the neck of penguins (Aves: Sphenisciformes), towards a “survival strategy” for evo-devo

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Evolutionary developmental biology (or evo-devo) is the scientific connectivity that allowed a more comprehensive and practical completeness in the contemporary conceptualisation of evolution. The links between genetics, developmental mechanics and evolution led to a better understanding of evolutionary mechanisms. An analysis of evolutionary concepts such as homology, homeoses, constraints, novelties, modularity, and selection is given through the recurring example of the variations identified in the modular repartition of the cervical vertebrae in extant and fossil penguins. The inclusion of this study about penguins in the evolutionary system also involves a reflection on the current state and the future of evo-devo. Three principles of assessment and method, applicable to many natural and conceptual scales, are introduced to define a “survival strategy” for evo-devo. The above-mentioned principles are intended to strengthen and continue the connectivity induced de facto. These current and future investigation challenges are discussed and connected to three main naturalist names related directly to the conceptualisation of evolution: Charles Darwin, Étienne Geoffroy Saint-Hilaire, and Lamarck.

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References

  • Bateson W (1894) Materials for the study of variation treated with the especial regard to discontinuity in the origin of species. Macmillan and Co., London

    Google Scholar 

  • Bolker JA (2000) Modularity in development and why it matters to evo-devo. Am Zool 40:770–776

    Article  Google Scholar 

  • Bolker JA (2005) Defining a meeting place: modularity in development and evolution. Evolution 59(6):1383–1386

    Google Scholar 

  • Bolker JA, Raff RA (1996) Developmental genetics and traditional homology. BioEssays 18(6):489–494

    Article  PubMed  CAS  Google Scholar 

  • Brakefield PM (2003) The power of evo-devo to explore evolutionary constraints: experiments with butterfly eyespots. Zoology 106:283–290

    Article  Google Scholar 

  • Breuker CJ, Debat V, Klingenberg CP (2006) Functional evo-devo. Trends Ecol Evol 21(9):488–492

    Article  PubMed  Google Scholar 

  • Brigandt I (2007) Typology now: homology and developmental constraints explain evolvability. Biol Philos 22(5):709–725

    Article  Google Scholar 

  • Brigandt I, Love AC (2010) Evolutionary novelty and the evo-devo synthesis: field notes. Evol Biol 37(2–3):93–99

    Article  Google Scholar 

  • Cuvier G (1831) Eloge de M. de Lamarck, lu à l’Académie des Sciences le 26 novembre 1832 (par M. le Baron Silvestre). In: Mémoires de l’Académie des Sciences de l’Institut de France, Tome XIII. Gauthier-Villars, Firmin Didot frères, Paris, pp 1–31

  • Cuvier G (1835) Troisième leçon, des os et des muscles du tronc. Article II, du nombre et des formes des os de l’épine dans différents animaux. In: Leçons d’anatomie comparée, recueillies et publiées par M. Duméril, seconde édition, corrigée et augmentée. Tome premier, contenant les généralités, et les organes du mouvement des animaux vertébrés, revu par M. G. Cuvier. Crochard et Cie, Paris, pp 170–232

  • Darwin C (1859) On the origin of species by means of natural selection, or the preservation of favoured races in struggle for life. Murray, London

    Google Scholar 

  • De Ricqlès A, Padian K (2009) Quelques apports à la théorie de l’Evolution, de la “Synthèse orthodoxe” à la “Super synthèse évo-dévo” 1970–2009: un point de vue. C R Palevol 8:341–364

    Article  Google Scholar 

  • Denton MJ, Marshall CJ, Legge M (2002) The protein folds as platonic forms: new support of the pre-Darwinian conception of evolution by natural law. J Theor Biol 219:325–342

    Article  PubMed  CAS  Google Scholar 

  • Deutsh JS (2006) Introduction-development and phylogeny of arthropods: Darwin’s legacy. Dev Genes Evol 216:357–362

    Article  Google Scholar 

  • Duboule D (2010) The evo-devo comet. EMBO Rep 11(7):489

    Article  PubMed  CAS  Google Scholar 

  • Eble GJ (2003) Morphological modularity and macroevolution: conceptual and empirical aspects. In: Callebaut W, Rasskin-Gutman D (eds) Modularity: understanding the development and evolution of complex natural systems. MIT Press, Cambridge, pp 221–238

    Google Scholar 

  • Eldredge N, Gould SJ (1972) Punctuated equilibria: an alternative to phyletic gradualism. In: Schopf TJM (ed) Models in paleobiology. Freeman Cooper and Co., San Francisco, pp 82–115

    Google Scholar 

  • Galis F, Van Dooren TJM, Feuth JD, Metz JAJ, Witkam A, Ruinard S, Steigenga MJ, Wijnaendts LCD (2006) Extreme selection in humans against homeotic transformations of cervical vertebrae. Evolution 60(12):2643–2654

    Google Scholar 

  • Gayon J (2006) Hérédité des caractères acquis. In: Corsi P, Gayon J, Gohau G, Tirad T (eds) Lamarck, philosophe de la nature. Presse universitaires de France, Paris

    Google Scholar 

  • Gayon J (2009) Mort ou persistance du Darwinisme? Regard d’un épistémologue. C R Palevol 8:321–340

    Article  Google Scholar 

  • Geoffroy Saint-Hilaire É (1818) Philosophie anatomique: Des organes respiratoires sous le rapport de la détermination et de l’identité de leurs pièces osseuses. Baillière, Paris

    Google Scholar 

  • Geoffroy Saint-Hilaire É (1822) Philosophie anatomique – Des monstruosités humaines, Ouvrage contenant une classification des monstres; une histoire raisonnée des phénomènes de la monstruosité et des faits primitifs qui la produisent; des vues nouvelles touchant la nutrition du fœtus et d’autres circonstances de son développement; et la détermination des diverses parties de l’organe sexuel, pour en démontrer l’unité de composition, non seulement chez les monstres, où l’altération des formes rend cet organe méconnaissable, mais dans les deux sexes, et, de plus, chez les oiseaux et chez les mammifères. L’auteur, Paris

  • Geoffroy Saint-Hilaire É (1825) Recherches sur l’organisation des gavials; Sur leurs affinités naturelles, desquelles résulte la nécessité d’une autre distribution générique, Gavialis, Teleosaurus et Steneosaurus; et sur cette question, si les Gavial (Gavialis), aujourd’hui répandus dans les parties orientales de l’Asie, descendent, par voie non interrompue de génération, des Gavials antidiluviens [sic], soit des Gavials fossiles, dits Crocodiles de Caen (Teleosaurus), soit des Gavials fossiles du Havre et de Honfleur (Steneosaurus). In: Mémoires du Muséum d’Histoire Naturelle, par les professeurs de cet établissement, Tome douzième. Belin, Paris, pp 97-155

  • Geoffroy Saint-Hilaire I (1832) Histoire générale et particulière des anomalies de l’organisation chez l’homme et les animaux, ouvrage comprenant des recherches sur les caractères, la classification, l’influence physiologique et pathologique, les rapports généraux, les lois et les causes des monstruosités, des variétés et des vices de conformation, ou traité de tératologie. Tome premier. Baillière, Paris

  • Gilbert SF (2003) The morphogenesis of evolutionary developmental biology. Int J Dev Biol 47:477–566

    Google Scholar 

  • Gomez C, Pourquié O (2009) Developmental control of segment numbers in vertebrates. J Exp Zool 312B:533–544

    Article  Google Scholar 

  • Gould SJ, Eldredge N (1977) Punctuated equilibria: the tempo and mode of evolution reconsidered. Paleobiology 3:115–151

    Google Scholar 

  • Gould SJ, Lewontin RC (1979) The spandrels of San Marco and the Panglossian Paradigm: a critique of the adaptationist programme. Proc R Soc Lond Ser B Biol Sci 205(1161):581–598

    Article  CAS  Google Scholar 

  • Gould SJ, Vrba ES (1982) Exaptation: a missing term in science of form. Paleobiology 8:4–15

    Google Scholar 

  • Goulven L (1977) Le cheminement d’Etienne Geoffroy Saint-Hilaire (1772–1844) vers un transformisme scientifique. Rev Hist Sci 30(1):43–70

    Google Scholar 

  • Grassé PP (1960) Lamarck, Wallace et Darwin. Rev Hist Sci 13(1):73–79

    Google Scholar 

  • Grimoult C (2008) Lamarck et Darwin dans l’Histoire de l’évolutionnisme. Noesis, Trav Com Roum Hist Philos Sci Bucar 23:83–101

    Google Scholar 

  • Guinard G, Marchand D (2010) Modularity and complete natural homeoses in cervical vertebrae of extant and extinct penguins (Aves: Sphenisciformes). Evol Biol 37(4):210–226

    Article  Google Scholar 

  • Guinard G, Marchand D, Courant F, Gauthier-Clerc M, Le Bohec C (2010) Morphology, ontogenesis and mechanics of cervical vertebrae in four species of penguins (Aves: Spheniscidae). Pol Biol 33(6):807–822

    Article  Google Scholar 

  • Homer V (2005) Evolution et développement: vers une nouvelle synthèse ? Philos Sci, publications électroniques, volume 2, actes du colloque de la SOPHA, Montréal, septembre 2003: “langage, pensée, action”

  • Iimura T, Denans N, Pourquié O (2009) Establishment of Hox vertebral identities in the embryonic spine precursors. Curr Top Dev Biol 88:201–234

    Article  PubMed  CAS  Google Scholar 

  • Kuratani S (2009) Modularity, comparative embryology and evo-devo: developmental dissection of evolving body plans. Dev Biol 332:61–69

    Article  PubMed  CAS  Google Scholar 

  • Lamarck J-B PA [chevalier de] (1809) Philosophie zoologique, ou Exposition des considérations relatives à l’histoire naturelle des animaux; à la diversité de leur organisation et des facultés qu’ils en obtiennent; aux causes physiques qui maintiennent en eux la vie et donnent lieu aux mouvemens qu’ils exécutent; enfin, à celles qui produisent, les unes les sentiments, et les autres l’intelligence de ceux qui en sont doués. Tome premier et tome second. Dentu, Paris

  • Lamarck J-B PA de M [chevalier de] (1815) Histoire Naturelle des animaux sans vertèbres, présentant les caractères généraux de ces animaux, leur distribution, leurs classes, leurs familles, leurs genres, et la citation des principales espèces qui s’y rapportent; précédée d’une Introduction offrant la Détermination des caractères essentiels de l’Animal, sa distinction du végétal et des autres corps naturels, enfin, l’Exposition des Principes fondamentaux de la Zoologie. Tome premier. Verdière, Paris

  • Landrieu M (1909) Lamarck, le fondateur du transformisme; sa vie, son œuvre. Société zoologique de France, Paris

    Google Scholar 

  • Laubichler MD (2000) Homology in development and the development of the homology concept. Am Zool 40:777–788

    Article  Google Scholar 

  • Martínez M, Moya A (2011) Natural selection and multi-level causation. Philos Theor Biol 3:e22

    Google Scholar 

  • Matthen M, Ariew A (2002) Two ways of thinking about fitness and natural selection. J Philos 99(2):55–83

    Article  Google Scholar 

  • Müller GB, Newman SA (2005) The innovation triad: and evo-devo agenda. J Exp Zool (Mol Dev Evol) 304B:487–503

    Article  Google Scholar 

  • Müller GB, Wagner GP (1991) Novelty in evolution: restructuring the concept. Annu Rev Ecol Syst 22:229–256

    Article  Google Scholar 

  • Müller J, Scheyer TM, Head JJ, Barett PM, Werneburg W, Ericson PGP, Pol D, Sánchez-Villagra MR (2010) Homeotic effects, somitogenesis and the evolution of vertebral numbers in recent fossil amniotes. PNAS 107(5):2118–2123

    Article  PubMed  Google Scholar 

  • Newton A, Gadow H, Lydekker R, Roy CS, Shufledt RW (1899) A dictionary of birds. Adam and Charles Black, London

    Google Scholar 

  • Oostra RJ, Hennekam RCM, De Rooij L, Moorman AFM (2005) Malformations of the axial skeleton in Museum Vrolik I: homeotic transformations and numerical anomalies. Am J Med Gen 134A:268–281

    Article  Google Scholar 

  • Panchen AL (2001) Etienne Geoffroy Saint-Hilaire: father of “evo-devo”? Evol Dev 3(1):41–46

    Article  PubMed  CAS  Google Scholar 

  • Pigliucci M (2008) What, if anything, is an evolutionary novelty? Philos Sci 75:887–898

    Article  Google Scholar 

  • Polly PD, Head JJ, Cohn MJ (2001) Testing modularity and dissociation: the evolution of regional proportions in snakes. In: Zelditch ML (ed) Beyond heterochrony: the evolution of development. Wiley-Liss, New York, pp 305–336

    Google Scholar 

  • Richardson MK, Allen SP, Wright GM, Raynaud A, Hanken J (1998) Somite number and vertebrate evolution. Development 125:151–160

    CAS  Google Scholar 

  • Riedl R (1978) Order in living organisms. Wiley, New York

    Google Scholar 

  • Rostand J (1964) Etienne Geoffroy Saint-Hilaire et la tératogénèse expérimentale. Rev Hist Sci 17(1):41–50

    Google Scholar 

  • Séguin P (1990) Louis Napoléon le Grand. Grasset, Paris

    Google Scholar 

  • Maynard Smith J, Burian C, Kauffman S, Albech P, Campbell J, Goodwin B, Lande R, Raup D, Wolpert L (1985) Developmental constraints and evolution. Q Rev Biol 60(3):265–287

    Article  Google Scholar 

  • Svensson ME (2004) Homology and homocracy revisited: gene expression patterns and hypotheses of homology. Dev Genes Evol 214:418–421

    Article  PubMed  CAS  Google Scholar 

  • Topinard M (1877) Sur un squelette humain à onze paires de côtes. Bul Soc anthropol Paris, II° série. Tome 12:270–280

    Google Scholar 

  • Wake DB (1994) Comparative terminology. Sci 5169:268–269

    Article  Google Scholar 

  • Wellik DM (2007) Hox patterning of the vertebrate skeleton. Dev Dyn 236:2456–2463

    Article  Google Scholar 

  • Zákány J, Kmita M, Alarcon P, de la Pompa JL, Duboule D (2001) Localized and transient transcription of Hox genes suggests a link between patterning and the segmentation clock. Cell 106:207–217

    Article  PubMed  Google Scholar 

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Acknowledgments

Didier Marchand (Université de Bourgogne) for commenting the first drafts, Rémi Laffont (Université de Bourgogne) for his help in providing some references and René Guinard for checking the text. Olaf Breidbach—the editor in chief—and two anonymous reviewers.

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Guinard, G. Evolutionary concepts meet the neck of penguins (Aves: Sphenisciformes), towards a “survival strategy” for evo-devo. Theory Biosci. 131, 231–242 (2012). https://doi.org/10.1007/s12064-012-0156-1

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