Singular patterns of skull shape and brain size change in the domestication of South American camelids

Abstract

The pattern of selection in SouthAmerican camelids, and their demographic history and hybridization,has made the llama and alpaca singular cases of domestication among large herd animals.Skulls of South American camelids, including the two wild and the correspondingdomestic forms, were studied using D geometric morphometric methods. We describe theform (i.e. shape and size) differences and commonalities among the species, as well as betweenwild and domestic individuals. The four species are very similar morphologically,with few changes correlating with domestication. Nonetheless, these differences arestatistically significant, and include a flatter cranium, an inclined palate,and increasedairorhynchy in the domestics. The nature of the selection pressures on South Americancamelids, in contrast to those on other herded animals, and recent demographic events, likelyinfluenced the morphological patterns we discovered. In high-resolution morphospace,skull size, shape, and form, are all able to discriminate among species, with form having thegreatest success. This is of great import to the field of archaeology, where distinction ofwild and domestic forms has always been challenging. Most morphospace distancemetrics suggest a marginally closer relationship between the alpaca and vicuña,over the guanaco,supporting the hypothesis of the vicuña as the alpaca?s true ancestor. Relative brain sizechange between wild and domestic forms indicate a 15.4% reduction in the llama, and a 6.8%reduction in alpaca. This reduction is lower than previously thought, and the lowest reportedso far among the domesticated Artiodactyla.

Los patrones de selección en camélidos sudamericanos (Lamini) y su historia demográfica única establecen a la llama y la alpaca como casos notables de domesticación entre los grandes animales de rebaño. La forma del cráneo está involucrada en muchas diferencias entre formas silvestres y domésticas. Aplicamos métodos morfométricos geométricos en 3D para describir la forma del cráneo y las diferencias de tamaño entre las cuatro especies de Lamini y entre individuos silvestres y domésticos. Al hacerlo, evaluamos si los Lamini domesticados exhiben cambios similares a los ocurridos en otros grupos domesticados, no solo a nivel craneal, sino también en el tamaño del cerebro y del cuerpo. En contraste con otros artiodáctilos domesticados, en las alpacas y llamas se han producido muy pocos cambios en comparación a sus contrapartes salvajes. No obstante, sus diferencias son estadísticamente significativas e incluyen en las formas domésticas un cráneo más plano, paladar inclinado y mayor aerorrinquia. Presiones de selección que contrastan con la de otros animales domésticos, así como cuellos de botella poblacionales recientes, probablemente hayan influido en los patrones morfológicos que observamos en Lamini. El análisis del morfoespacio 3D de alta resolución permite discriminar a las cuatro formas en tamaño y forma cráneal, donde la forma proporciona la mayor separación. Estos resultados ayudan a diferenciar morfológicamente a los Lamini, que en la naturaleza se distinguen principalmente por el tamaño corporal, a la vez que brindan una herramienta adicional a los arqueólogos para distinguir restos silvestres y domésticos. La mayoría de nuestros análisis de forma sugieren una relación marginalmente más cercana entre la alpaca y la vicuña, sobre el guanaco, lo que concuerda con las relaciones genéticas de este grupo. El cambio en el tamaño del cerebro entre las poblaciones silvestres y domésticas es menor al esperado, con una reducción del 15.4% en la llama y del 6.8% en la alpaca. Este es el valor de reducción cerebral más bajo reportado para artiodáctilos domesticados