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Early embryogenesis in discoglossoid frogs: a study of heterochrony at different taxonomic levels

Authors


Authors’ addressess: Christian Mitgutsch, Paläontologisches Institut und Museum, Universität Zürich, Karl Schmid-Str. 4, CH-8006 Zürich, Switzerland. E-mail: christian.mitgutsch@gmail.com; Lennart Olsson, Institut für Spezielle Zoologie und Evolutionsbiologie, Universität Jena, Erbertstr. 1, 07743 Jena, Germany. E-mail: lennart.olsson@uni-jena.de; Alexander Haas, Biozentrum Grindel, Zoologisches Museum, Universität Hamburg, 20146 Hamburg. Email: alexander.haas@uni-hamburg.de

Abstract

We studied the timing of the early development of the cranial neural crest, neural tube differentiation, somite formation and body elongation in the closely related frog species Discoglossus montalenti, Discoglossus galganoi, Discoglossus pictus, Bombina orientalis, Bombina variegata and Bombina maxima. Despite their different egg and embryo sizes, event pairing shows that there are only very few heterochronies among the three Bombina species and the three Discoglossus species in early developmental events. Instead, differences become apparent at the genus level (interpreted as phylogenetic signal). For example, the separation into a mandibular and a hyoid portion of cranial neural crest could be seen earlier in the Discoglossus than in the Bombina species when compared with the development of the neural tube. The development of the cranial neural crest streams also shifts (relatively) forward in time when compared with body elongation and somite formation in the Discoglossus species in contrast to the Bombina species. Comparisons with other species show that attempts to correlate heterochronies in early development with life history changes should take into account the possibility of a rather high evolvability, i.e. a high probability of convergence in the timing of these early events.

Zusammenfassung

In der vorliegenden Studie wurden die Frühentwicklung der cranialen Neuralleistenströme, die Differenzierung des Neuralrohres, die Somitenbildung und die Körperstreckung der nahe verwandten Froscharten Discoglossus montalenti, D. galganoi, D. pictus, Bombina orientalis, B. variegata und B. maxima untersucht. Trotz der Größenunterschiede der Eier und Embryonen zeigen die Vertreter von Bombina bzw. Discoglossus nur wenige intragenerische Heterochronien. Zwischen beiden Gattungen sind jedoch eine Reihe von Unterschieden auffällig. Die Trennung der mandibulären und der hyoidären Portion der cranialen Neuralleiste erfolgt beispielsweise im Vergleich mit der Neuralrohrentwicklung bei Discoglossus-Vertretern relativ früher als bei Bombina-Arten. Auch im Vergleich zu Körperstreckung und Bildung der Somitenreihe erscheint die Entwicklung der cranialen Neuralleistenströme der Discoglossus-Arten zeitlich relativ früh. Vergleiche mit weiteren Arten zeigen, dass bei Versuchen, Heterochronien der frühen Embryogenese mit Veränderungen der life history zu verknüpfen, die möglicherweise hohe Konvergenzwahrscheinlichkeit solcher Ereignisse bedacht werden muss.

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