Infraspecific molecular trees are associated with serial macroevolution in Pottiaceae (Bryophyta)

The analytic orientation of this paper is intended as a replacement for the antiquated but still prevalent phylogenetic inferential models and techniques of the late 20th сentury that are focused entirely on shared descent. Serial descent, that is, progenitor to descendant, may occur at the species or infraspecies level. In molecular systematics, species level paraphyly occurs when two examples of the same species are separated on a cladogram by a second species. This implies linear macroevolution of the second species from the first. Molecular cladograms often show cladistic structure (branching) among examples of the same species. If well-supported, such indicates a potential for evolution. A range of infraspecific and intraspecific cladistic structure in species of Pottiaceae (Bryophyta) was demonstrated in previously published molecular cladograms and data sets of other authors. This includes well-supported cladistic structure of molecular strains, and well-supported paraphyly involving other species. Large numbers of base pair changes among strains are considered here evidence of evolvability and increasing age of a species. Infraspecific strains are apparently lost in older species through speciation and extinction. Cluster analysis using DNA metadata of Oxystegus species matched published molecular cladograms to a large extent. The fact that apparent molecular strains are present in both nonparaphyletic and paraphyletic species, about half the species studied, shore up the theory that internal racial differentiation at the molecular level leads to or signals serial descent of multiple extant morphotaxa. It is because much infraspecific molecular cladistic structure exists that newly speciated taxa are already strongly cladistically dichotomized. Thus, the ultimate source of molecular paraphyly is internal to each species, and does not imply polyphyly by convergent species or cryptic taxa. Molecular systematics cannot effectively model progenitor-descendant radiation. Species with many strains are potential sources of future biological diversity. Recognition of differential evolvability may allow facilitation of complex, interactive, diverse ecosystems successfully tracking climate change.Аналітична спрямованість цієї статті полягає у прагненні замінити застарілі, але все ще поширені філогенетичні моделі та методи кінця 20-го століття, які повністю базуються на концепції спільного походження. Послідовне походження, тобто від попередніх предків до нащадків, може відбуватися на рівні видів або внутрішньовидових таксонів. У молекулярній систематиці парафілія на видовому рівні має місце тоді, коли два представники одного виду розділені на кладограмі іншим видом. Це означає послідовну (лінійну) макроеволюцію другого виду від першого. Молекулярні кладограми часто демонструють кладистичну структуру (галуження філогенетичних ліній) серед зразків одного виду. За умов високої підтримки, це вказує на еволюційний потенціал. Спектр міжвидової та внутрішньовидової кладистичної структури у видів родини Pottiaceae (Bryophyta) був продемонстрований у раніше опублікованих молекулярних кладограмах та даних інших авторів. Це включає добре підтримувану кладистичну структуру молекулярних ліній та добре підтримувану парафілію щодо інших видів. Значна кількість змін нуклеотидних пар серед ліній одного виду у такому випадку вважається тут свідченням еволюційної спроможності та збільшення часу існування виду. Внутрішньовидові філогенетичні лінії у старших за віком видів, очевидно, втрачаються через видоутворення та вимирання. Кластерний аналіз із використанням метаданих ДНК видів Oxystegus значною мірою збігається з опублікованими молекулярними кладограмами. Той факт, що очевидні молекулярні лінії наявні як у непарафілетичних, так і у парафілетичних видів (загалом приблизно у половини з досліджених видів), підтверджує гіпотезу про те, що внутрішня расова диференціація на молекулярному рівні призводить до послідовного походження багатьох нині існуючих морфотаксонів, або ж свідчить про цей процес. Новоутворені таксони вже є сильно кладистично дихотомізованими саме тому, що у межах предкових видів існуює значна внутрішньовидова молекулярна кладистична структура. Таким чином, основне джерело молекулярної парафілії є внутрішнім феноменом для кожного виду, а тому воно не обов'язково свідчить про поліфілію завдяки ймовірному існуванню конвергентних видів чи криптичних таксонів. Молекулярна систематика не може ефективно моделювати диверсифікацію у системі "предок-нащадок". Види з багатьма філогенетичними лініями є потенційним джерелом майбутнього біологічного різноманіття. Визнання диференційованої еволюційної спроможності може сприяти утворенню та розвитку складних, інтерактивних, різноманітних екосистем, які успішно реагують на зміни клімату

Macrosystematics of Didymodon sensu lato (Pottiaceae, Bryophyta) using an analytic key and information theory

Evolutionary trees (caulograms) and phylogenetic cladograms for both morphological and molecular analyses of certain species in the moss genus Didymodon (Pottiaceae, Bryophyta) were compared. A new two-step macrosystematic (macroevolutionary systematics) method of calculating statistical support for both linear order and lineage direction of evolution is introduced. This involves clustering of taxa in sets by minimization of redundancy using cladograms and minimum parsimony, then building an often-branched linear model by maximization of information on gradual evolution by ordering species through adding informational bits for advanced traits and subtracting them for reversals. Cladistic analysis is considered to be similar to cryptographic code-breaking, with that code key then used for modelbuilding following theory. Very high Bayesian support was computed for lineages in the morphological analyses, which stand up well to high support for past molecular studies. The caulogram allowed for predictions not possible with cladograms. The importance of using information on both shared and serial descent is discussed.Проведене порівняння еволюційних дерев (каулограм) та філогенетичних кладограм як для морфологічних, так і молекулярних аналізів деяких видів мохоподібних роду Didymodon (Pottiaceae, Bryophyta). Запропонований новий двоступеневий макротаксономічний метод (метод макроеволюційної систематики) розрахунку статистичної підтримки як лінійного порядку, так і напрямку еволюції певної філогенетичної лінії. Метод включає кластеризацию таксонів у наборах шляхом мінімізації повторності (надмірності) з використанням кладограм та мінімальної парсимонії, з наступною побудовою часто розгалуженої лінійної моделі через максимізацію інформації про поступову (градуалістичну) еволюцію шляхом упорядкування видів через додавання інформаційних бітів для просунутих ознак і віднімання їх для еволюційних реверсій. Кладистичний аналіз розглядається як аналог криптографічної операції злому коду, при цьому кодовий ключ потім використовується для побудови наступної теоретичної моделі. Дуже висока байесівська підтримка обчислена для еволюційних ліній при морфологічному аналізі, що добре корелює з високою підтримкою попередніх молекулярних досліджень. Каулограма дозволила здійснити передбачення (прогнози), які були неможливими за допомогою кладограм. Обговорюється важливість використання інформації щодо як походження від спільного предка шляхом дивергенції (кладогенез), так і походження внаслідок «відбруньковування» нових таксонів та лінійних послідовних змін (анагенез).Проведено сравнение эволюционных деревьев (каулограмм) и филогенетических кладограмм как для морфологических, так и молекулярных анализов некоторых видов мохообразных рода Didymodon (Pottiaceae, Bryophyta). Предложен новый двухступенчатый макротаксономический метод (метод макроэволюционной систематики) расчета статистической поддержки как линейного порядка, так и направления эволюции определенной филогенетической линии. Метод включает кластеризацию таксонов в наборах путем минимизации повторности (избыточности) с использованием кладограмм и минимальной парсимонии, с последующим построением часто разветвленной линейной модели путем максимизации информации о постепенной (градуалистической) эволюции посредством упорядочивания видов через добавление информационных битов для продвинутых признаков и вычитание их для эволюционных реверсий. Кладистический анализ рассматривается как аналог криптографической операции взлома кода, при этом кодовый ключ впоследствии используется для построения следующей теоретической модели. Очень высокая байесовская поддержка вычислена для эволюционных линий при морфологическом анализе, что хорошо коррелирует с высокой поддержкой предыдущих молекулярных исследований. Каулограмма позволила осуществить прогнозы, которые были невозможными при помощи кладограмм. Обсуждается важность использования информации относительно как происхождения от общего предка путем дивергенции (кладогенез), так и происхождения вследствие «отпочковывания» новых таксонов и линейных последовательных изменений (анагенез)

Carbon and hydrogen isotope ratios of bryophytes from arid and humid regions.

Measurements of carbon isotope ratios of nine taxa of arid zone mosses from North America and 24 taxa of European bryophytes show consistent values indicative of C3 metabolism. Other morphological, physiological and biochemical characteristics provide the mechanism of adaptation to environmental stresses of heat and extended desiccation in these plants. Analyses of D content indicate that values become less negative with increasing aridity of the habitat