Evolutionary allometry and ecological correlates of fang length evolution in vipers

ABSTRACT

Traits for prey acquisition form the phenotypic interface of predator–prey interactions. In venomous predators, morphological variation in venom delivery apparatus like fangs and stingers may be optimized for dispatching prey. Here, we determine how a single dimension of venom injection systems evolves in response to variation in the size, climatic conditions and dietary ecology of viperid snakes. We measured fang length in more than 1900 museum specimens representing 199 viper species (55% of recognized species). We find both phylogenetic signal and within-clade variation in relative fang length across vipers suggesting both general taxonomic trends and potential adaptive divergence in fang length. We recover positive evolutionary allometry and little static allometry in fang length. Proportionally longer fangs have evolved in larger species, which may facilitate venom injection in more voluminous prey. Finally, we leverage climatic and diet data to assess the global correlates of fang length. We find that models of fang length evolution are improved through the inclusion of both temperature and diet, particularly the extent to which diets are mammal-heavy diets. These findings demonstrate how adaptive variation can emerge among components of complex prey capture systems.

RESUMO

Características para aquisição de presas formam a interface fenotípica das interações predador-presa. Em predadores venenosos, a variação morfológica no aparelho de entrega de veneno, como presas e ferrões, pode ser otimizada para despachar presas. Aqui, determinamos como uma única dimensão dos sistemas de injeção de veneno evolui em resposta à variação no tamanho, condições climáticas e ecologia alimentar de cobras viperídeos. Medimos o comprimento das presas em mais de 1.900 espécimes de museus representando 199 espécies de víboras (55% das espécies reconhecidas). Encontramos tanto o sinal filogenético quanto a variação dentro do clado no comprimento relativo das presas entre as víboras, sugerindo tendências taxonômicas gerais e potencial divergência adaptativa no comprimento das presas. Recuperamos alometria evolutiva positiva e pouca alometria estática no comprimento das presas. Presas proporcionalmente mais longas evoluíram em espécies maiores, o que pode facilitar a injeção de veneno em presas mais volumosas. Por fim, aproveitamos os dados climáticos e de dieta para avaliar os correlatos globais do comprimento das presas. Descobrimos que os modelos de evolução do comprimento das presas são melhorados através da inclusão de temperatura e dieta, particularmente na medida em que as dietas são dietas pesadas para mamíferos. Essas descobertas demonstram como a variação adaptativa pode surgir entre os componentes de sistemas complexos de captura de presas.