A model for tool-use traditions in primates: implications for the coevolution of culture and cognition

Inspired by the demonstration that tool-use variants among wild chimpanzees and orangutans qualify as traditions (or cultures), we developed a formal model to predict the incidence of these acquired specializations among wild primates and to examine the evolution of their underlying abilities. We assumed that the acquisition of the skill by an individual in a social unit is crucially controlled by three main factors, namely probability of innovation, probability of socially biased learning, and the prevailing social conditions (sociability, or number of potential experts at close proximity). The model reconfirms the restriction of customary tool use in wild primates to the most intelligent radiation, great apes; the greater incidence of tool use in more sociable populations of orangutans and chimpanzees; and tendencies toward tool manufacture among the most sociable monkeys. However, it also indicates that sociable gregariousness is far more likely to produce the maintenance of invented skills in a population than solitary life, where the mother is the only accessible expert. We therefore used the model to explore the evolution of the three key parameters. The most likely evolutionary scenario is that where complex skills contribute to fitness, sociability and/or the capacity for socially biased learning increase, whereas innovative abilities (i.e., intelligence) follow indirectly. We suggest that the evolution of high intelligence will often be a byproduct of selection on abilities for socially biased learning that are needed to acquire important skills, and hence that high intelligence should be most common in sociable rather than solitary organisms. Evidence for increased sociability during hominin evolution is consistent with this new hypothesis. (C) 2003 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Typical and atypical domain combinations in human protein kinases: functions, disease causing mutations and conservation in other primates

Ser/Thr and Tyr protein kinases orchestrate many signalling pathways and hence loss in this balance leads to many disease phenotypes. Due to their high abundance, diversity and importance, efforts have been made in the past to classify kinases and annotate their functions at both gross and fine levels. These kinases are conventionally classified into subfamilies based on the sequences of catalytic domains. Usually the domain architecture of a full-length kinase is consistent with the subfamily classification made based on the sequence of kinase domain. Important contributions of modular domains to the overall function of the kinase are well known. Recently occurrence of two kinds of outlier kinases-''Hybrid'' and ``Rogue'' has been reported. These show considerable deviations in their domain architectures from the typical domain architecture known for the classical kinase subfamilies. This article provides an overview of the different subfamilies of human kinases and the role of non-kinase domains in functions and diseases. Importantly this article provides analysis of hybrid and rogue kinases encoded in the human genome and highlights their conservation in closely related primate species. These kinases are examples of elegant rewiring to bring about subtle functional differences compared to canonical variants.

Primates, Provisioning and Plants: Impacts of Human Cultural Behaviours on Primate Ecological Functions

Human provisioning of wildlife with food is a widespread global practice that occurs in multiple socio-cultural circumstances. Provisioning may indirectly alter ecosystem functioning through changes in the eco-ethology of animals, but few studies have quantified this aspect. Provisioning of primates by humans is known to impact their activity budgets, diets and ranging patterns. Primates are also keystone species in tropical forests through their role as seed dispersers; yet there is no information on how provisioning might affect primate ecological functions. The rhesus macaque is a major human-commensal species but is also an important seed disperser in the wild. In this study, we investigated the potential impacts of provisioning on the role of rhesus macaques as seed dispersers in the Buxa Tiger Reserve, India. We studied a troop of macaques which were provisioned for a part of the year and were dependent on natural resources for the rest. We observed feeding behaviour, seed handling techniques and ranging patterns of the macaques and monitored availability of wild fruits. Irrespective of fruit availability, frugivory and seed dispersal activities decreased when the macaques were provisioned. Provisioned macaques also had shortened daily ranges implying shorter dispersal distances. Finally, during provisioning periods, seeds were deposited on tarmac roads that were unconducive for germination. Provisioning promotes human-primate conflict, as commensal primates are often involved in aggressive encounters with humans over resources, leading to negative consequences for both parties involved. Preventing or curbing provisioning is not an easy task as feeding wild animals is a socio-cultural tradition across much of South and South-East Asia, including India. We recommend the initiation of literacy programmes that educate lay citizens about the ill-effects of provisioning and strongly caution them against the practice.

Dissecting neural circuits for vision in nonhuman primates using fMRI-guided electrophysiology and optogenetics

The visual system is a remarkable platform that evolved to solve difficult computational problems such as detection, recognition, and classification of objects. Of great interest is the face-processing network, a sub-system buried deep in the temporal lobe, dedicated for analyzing specific type of objects (faces). In this thesis, I focus on the problem of face detection by the face-processing network. Insights obtained from years of developing computer-vision algorithms to solve this task have suggested that it may be efficiently and effectively solved by detection and integration of local contrast features. Does the brain use a similar strategy? To answer this question, I embark on a journey that takes me through the development and optimization of dedicated tools for targeting and perturbing deep brain structures. Data collected using MR-guided electrophysiology in early face-processing regions was found to have strong selectivity for contrast features, similar to ones used by artificial systems. While individual cells were tuned for only a small subset of features, the population as a whole encoded the full spectrum of features that are predictive to the presence of a face in an image. Together with additional evidence, my results suggest a possible computational mechanism for face detection in early face processing regions. To move from correlation to causation, I focus on adopting an emergent technology for perturbing brain activity using light: optogenetics. While this technique has the potential to overcome problems associated with the de-facto way of brain stimulation (electrical microstimulation), many open questions remain about its applicability and effectiveness for perturbing the non-human primate (NHP) brain. In a set of experiments, I use viral vectors to deliver genetically encoded optogenetic constructs to the frontal eye field and faceselective regions in NHP and examine their effects side-by-side with electrical microstimulation to assess their effectiveness in perturbing neural activity as well as behavior. Results suggest that cells are robustly and strongly modulated upon light delivery and that such perturbation can modulate and even initiate motor behavior, thus, paving the way for future explorations that may apply these tools to study connectivity and information flow in the face processing network.

Densidade, genética e saúde populacional como ferramentas para propor um plano de controle e erradicação de invasão biológica: o caso de Callithrix aurita (Primates) no Parque Nacional da Serra dos Órgãos, RJ, Brasil

A introdução de espécies em locais fora de sua distribuição natural é uma preocupação importante na conservação da biodiversidade. A espécie Callithrix aurita é endêmica das regiões de floresta de altitude da Mata Atlântica do Sudeste do Brasil. Os critérios mais relevantes que a enquadram como espécie ameaçada de extinção são: destruição do habitat, incapacidade de adaptação a florestas secundárias degradadas, declínio populacional, distribuição restrita e introdução de espécies exóticas invasoras. Estes critérios, aliados à evidente raridade, explicam a sua inclusão na Lista Oficial de Espécies da Fauna Brasileira Ameaçadas de Extinção. Os objetivos do trabalho são: estimar o tamanho populacional de C. aurita, C. penicillata e seus híbridos no Parque Nacional da Serra dos Órgãos, avaliar a hibridação entre as espécies por caracteres morfológicos e laboratoriais, verificar o estado de saúde e confirmar a participação de C. aurita na paternidade dos animais capturados, propor um plano de erradicação e de controle de invasão de C. penicillata no Parque. Os tamanhos populacionais das duas espécies de primatas foram estimados através do método Distance Sampling. Um total de sete sagüis foi capturado com armadilhas de captura viva para a contenção física e química e posterior realização dos procedimentos. Para o hemograma, as dosagens bioquímicas e as análises genéticas, o sangue foi recolhido em um tubo de ensaio contendo anticoagulante e mantido em temperatura de refrigeração até o momento da manipulação / processamento das amostras. Callithrix aurita parece estar bem preservada apenas na área do Parque correspondente ao trecho situado no município de Petrópolis. As análises citogenéticas e moleculares dos híbridos são uma ferramenta útil para confirmar se há ou não hibridação, identificando as espécies envolvidas e verificando se há tendência nos retrocruzamentos. Pode-se sugerir que existe uma tendência à diferenciação das espécies e identificação de indivíduos híbridos pelo padrão hematológico e bioquímico, a ser confirmada com uma amostragem maior de animais da espécie C. aurita, preferencialmente da mesma localidade e nas mesmas condições. No caso de C. aurita, as principais recomendações para sua conservação incluem pesquisas para o registro de outras populações em áreas de distribuição livres de invasão, para que se possa avaliar as chances de recuperação populacional e sobrevivência da espécie. A criação de novas Unidades de Conservação deve ser estimulada, assim como estudos mais aprofundados sobre a espécie nos locais já conhecidos de ocorrência, além de um programa seguro de criação em cativeiro.

Ecologia e comportamento de Callitrichidae (Primates) no Jardim Botânico do Rio de Janeiro

Espécies exóticas são consideradas a segunda maior ameaça ao meio ambiente, sendo um risco às espécies nativas devido à predação, competição, hibridação e transmissão de patógenos. Callithrix jacchus e Callithrix penicillata são espécies exóticas amplamente difundidas no Estado do Rio de Janeiro. No presente estudo, dados comportamentais e ecológicos foram amostrados entre Setembro de 2008 e Agosto de 2009 usando-se o método animal focal com amostragem instantânea, acompanhando sete grupos mistos de Callithrix spp. no arboreto do Jardim Botânico do Rio de Janeiro (JBRJ). A densidade dos saguis foi estimada em cerca de 130 indivíduos por Km2. Na dieta, foram identificadas 51 espécies arbóreas fontes de exsudatos e 39 espécies fontes de frutos, folhas, flores e néctar. Os saguis se alimentaram também de invertebrados, pequenos vertebrados, e alimentos direta ou indiretamente fornecidos por visitantes do JBRJ. O consumo de exsudatos foi maior na estação mais seca, e de frutos e insetos na estação mais chuvosa. Os saguis utilizaram mais os estratos verticais intermediários e sub-bosque nas suas atividades diárias, e áreas protegidas por epífitas no dossel de 30 espécies diferentes de árvores como locais de dormida. Os saguis apresentaram relações interespecíficas harmônicas, neutras e desarmônicas com diversas espécies de aves e mamíferos. A dispersão de sementes de árvores exóticas e o uso exagerado de espécimes vegetais para gomivoria pelos saguis podem afetar a integridade da coleção do JBRJ. A alta densidade de saguis e predação de espécies da fauna local podem afetar o equilíbrio da comunidade faunística. Com base nas observações in situ, as espécies alóctones C. jacchus e C. penicillata causam danos e necessitam de manejo, que deve ser estudado e implementado para o controle criterioso de suas populações.

Pan-biogeografia dos ungulados viventes (Mammalia: Cetartiodactyla e Perissodactyla) da região Neotropical, da Zona de Transição Sul-americana e região Andina: aspectos históricos e conservacionistas

Os ungulados viventes (Cetartiodactyla e Perissodactyla), nas regiões estudadas, são representados por 11 gêneros e 24 espécies. O presente estudo propõe reconhecer os padrões de distribuição destas espécies, a partir da aplicação do método pan-biogeográfico de análise de traços. Este método auxilia no entendimento a priori dos padrões congruentes de distribuição e numa compreensão de padrões e processos de diferenciação geográfica no tempo e no espaço, reconstruindo a biogeografia de táxons. Em relação a aspectos conservacionistas, o método foi aplicado na identificação de áreas prioritárias para conservação. A aplicação do método consiste basicamente na marcação das localidades de ocorrência dos diferentes táxons em mapas, sendo estas localidades conectadas por intermédio de linhas seguindo um critério de mínima distância, resultando nos chamados traços individuais que foram plotados nos mapas de biomas da América Central e do Sul do programa ArcView GIS 3.2. A superposição destes traços individuais define um traço generalizado, sugerindo uma história comum, ou seja, a preexistência de uma biota ancestral subsequentemente fragmentada por eventos vicariantes. A interseção de dois ou mais traços generalizados corresponde a um nó biogeográfico, que representa áreas compostas e complexas, nas quais se agrupam distintas histórias biogeográficas. Para a análise pan-biogeográfica foi utilizado o software ArcView GIS 3.2 e a extensão Trazos 2004. A partir da superposição dos 24 traços individuais, foram reconhecidos cinco traços generalizados (TGs): TG1, Mesoamericano/Chocó, composto por Mazama pandora, M. temama e Tapirus bairdii; TG2, Andes do Norte (Mazama rufina, Pudu mephistophiles e Tapirus pinchaque); TG 3, Andes Centrais (Hippocamelus antisensis, Lama guanicoe, Mazama chunyi e Vicugna vicugna) ; TG4, Patagônia chilena (Hippocamelus bisulcus e Pudu puda).; TG5, Chaco/Centro oeste do Brasil (Blastocerus dichotomus, Catagonus wagneri e Ozotocerus bezoarticus); e um nó biogeográfico em Antioquia no noroeste da Colômbia. As espécies Mazama americana, M.bricenii, M.goazoubira, M.nana, Tapirus terrestris, Tayassu pecari e T. tajacu não participaram de nenhum dos traços generalizados. Os padrões de distribuição formados a partir dos traços generalizados indicam que os ungulados viventes sofreram uma fragmentação e diferenciação no Pleistoceno, relacionadas a eventos históricos ocorridos na região Neotropical, na Zona de Transição Sul-americana e na região Andina, explicados pelos movimentos ocorridos nas Zonas de Falhas Tectônicas da América Central e do Sul, por vulcanismo e pelas mudanças climáticas. A formação do platô Altiplano-Puna revelou ser uma barreira geográfica, tanto em tempos pretéritos como em tempos atuais, para a maioria da biota sul-americana, com exceção dos camelídeos, que habitam estas áreas da Argentina, do oeste da Bolívia e sudoeste do Peru. O nó biogeográfico confirmou a presença de componentes bióticos de diferentes origens, constituindo uma área com grande diversidade biológica e endêmica, sugerindo assim uma unidade de conservação no noroeste da América do Sul.

Comportamento e utilização do habitat em grupos de Callithrix sp. (Primates, Callithrichidae) no Instituto de Pesquisas do Jardim Botânico do Rio de Janeiro

As populações introduzidas de saguis preocupam biólogos e conservacionistas, por causa do seu potencial de ocupação de hábitat, hibridação com congêneres nativos, predação de representantes da fauna local, transmissão de doenças e competição com outras espécies. É necessário entendermos o que favorece essa flexibilidade na utilização do suporte e no padrão comportamental que possibilita que os saguis sobrevivam em ambientes florestais tão diversos e até mesmo em regiões muito alteradas e antropizadas, como as grandes metrópoles. Foram acompanhados indivíduos de Callithrix sp. no arboreto do JBRJ. O trabalho de campo foi feito entre agosto de 2012 e agosto de 2013 e acumulou 205 horas de observações e 400 horas de esforço amostral. O método de amostragem utilizado foi o Animal Focal, no qual apenas um indivíduo do grupo foi analisado por sessão amostral, de 3 minutos com 7 minutos de intervalo. A cada dez minutos, em uma nova sessão amostral, o foco era mudado para outro indivíduo do grupo. Adultos, subadultos e jovens foram observados. Os indivíduos de Callithrix sp. no JBRJ utilizam de forma diferenciada as categorias de utilização de habitat, com maior frequência a estratificação vertical inferior (entre 0 e 4,9m), suportes de diâmetro fino (até aproximadamente 14 cm de diâmetro), superfície média e inclinação horizontal (0 a 30), corroborando a outros estudos realizados que também verificaram estes padrões. Houve diferenças comportamentais dos indivíduos de Callithrix sp. no JBRJ entre as classes de machos e fêmeas adultos, subadultos e jovens. Os indivíduos machos realizaram com maior frequência todos os comportamentos. Resultados que contribuem para o conhecimento aprofundado sobre o comportamento desses primatas, no qual até então não tinham sido feitas comparações diretas entre as classes consideradas. Principalmente o resultado encontrado de que os machos são mais ativos que as demais classes, o que não é mencionado na literatura até o presente e favorece para compreendermos mais sobre essas espécies

Revisão do gênero Neotropical Gundlachia Pfeiffer, 1849 (Mollusca, Pulmonata, Basommatophora, Planorboidea, Ancylidae): morfologia, distribuição geográfica, sistemática e filogenia

Gundlachia Pfeiffer 1849 é o gênero de molusco de água doce pateliforme com a mais ampla distribuição geográfica dentre os oito gêneros de Ancylidae assinalados para a região Neotropical. A concha pateliforme, considerada uma homoplasia por diversos autores em vários basomatóforos, tem sido historicamente utilizada para definir a unidade da família Ancylidae, apesar dos questionamentos contrários à monofilia do grupo. Dados moleculares confirmaram que "Ancylidae" é um grupo parafilético, principalmente por causa do gênero Burnupia. Os demais gêneros foram incluídos em Ancylinae, dentro de Planorbidae. No entanto, a ausência de todos os gêneros Neotropicais nas filogenias propostas, com base molecular ainda é um assunto que necessita ser investigado. Os principais objetivos desse trabalho foram: (a) revisar as espécies de Gundlachia, através de estudos morfológicos das conchas e partes moles; (b) padronizar as descrições das espécies para iniciar uma análise cladística do gênero Gundlachia; (c) iniciar um estudo de biologia molecular utilizando distintas espécies de representantes de Ancylinae, para verificar as suas interrelações e o provável grupoirmão de Gundlachia; (d) e por fim, construir um mapa de distribuição geográfica. Para isso, examinamos diversas coleções científicas e realizamos coletas nas localidadestipo. A morfologia das conchas foi comparada por análises morfométricas e por microscópio de luz e de varredura. As partes moles dos espécimes foram dissecadas e estudadas sob o microscópio estereoscópico. A análise molecular foi realizada em três espécimes de cada amostra, utilizando os genes da citocromo c oxidase I e o 16S mtDNA. Após o sequenciamento verificamos as distâncias genéticas entre as diferentes espécies de Gundlachia e as suas relações com os outros gêneros por meio do teste Neighbor-joining e Maximum likelihood. Com esse estudo apresentamos a redescrição de algumas espécies de Gundlachia, discutimos a validade de novos táxons descobertos e sequenciamos e analisamos espécies de sete gêneros de Ancylinae que ocorrem na região Neotropical. Com base nesses dados discutimos a monofilia de Gundlachia e o seu provável grupo-irmão. E ainda abordamos a validade dos demais gêneros neotropicais

Rapid evolution of an X-linked microRNA cluster in primates

MicroRNAs (miRNAs) are a growing class of small RNAs ( about 22 nt) that play crucial regulatory roles in the genome by targeting mRNAs for cleavage or translational repression. Most of the identified miRNAs are highly conserved among species, indicating

Adaptive evolution of SCML1 in primates, a gene involved in male reproduction

Background: Genes involved in male reproduction are often the targets of natural and/or sexual selection. SCML1 is a recently identified X-linked gene with preferential expression in testis. To test whether SCML1 is the target of selection in primates, we

Sequence evolution of the CCR5 chemokine receptor gene in primates

The chemokine receptor CCR5 can serve as a coreceptor for M-tropic HIV-1 infection and both M-tropic and T-tropic SIV infection. We sequenced the entire CCR5 gene from 10 nonhuman primates: Pongo pygmaeus, Hylobates leucogenys, Trachypithecus francoisi, Trachypithecus phayrei, Pygathrix nemaeus, Rhinopithecus roxellanae, Rhinopithecus bieti, Rhinopithecus avunculus, Macaca assamensis, and Macaca arctoides. When compared with CCR5 sequences from humans and other primates, our results demonstrate that:(1) nucleotide and amino acid sequences of CCR5 among primates are highly homologous, with variations slightly concentrated on the amino and carboxyl termini; and (2) site Asp13, which is critical for CD4-independent binding of SIV gp120 to Macaca mulatta CCR5, was also present in all other nonhuman primates tested here, suggesting that those nonhuman primate CCR5s might also bind SIV gp120 without the presence of CD4. The topologies of CCR5 gene trees constructed here conflict with the putative opinion that the snub-nosed langurs compose a monophyletic group, suggesting that the CCR5 gene may not be a good genetic marker for low-level phylogenetic analysis. The evolutionary rate of CCR5 was calculated, and our results suggest a slowdown in primates after they diverged from rodents. The synonymous mutation rate of CCR5 in primates is constant, about 1.1 x 10(-9) synonymous mutations per site per year. Comparisons of K-a and K-s suggest that the CCR5 genes have undergone negative or purifying selection. K-a/K-s ratios from cercopithecines and colobines are significantly different, implying that selective pressures have played different roles in the two lineages.

Structure analysis of CCR5 from human and primates

It is well known that the chemokine receptor CCR5 plays very important roles in HIV-1 virus infection. A three-dimensional molecular model of human CCR5 was generated by SYBYL, a distance geometry-based homologous modeling package, using the corresponding transmembrane domain of bacteriorhodopsin as the template. On the basis of human CCR5 model, we also built 18 3D molecular models of CCR5 in primates from Pongo pygmaeus, Pygathrix nemaeus, Macaca assameniss, Trachy-pithecus phayrei, T. francoisi, M. arotoides, Rhinopithecus roxellance, R, bieti, R. avunculus, Hylobates leucogenys, Pan troglodytes, Gorilla gorilla, Cercopithecus aethiops 1, C. aethiops 2, Papio hamadryas M. mulatta, M. fascicularis and M. nemestrina. Structural analyses and statistics results suggested that the main-chains of the primate CCR5 were similar to that of the human CCR5 and that the fit-RMS deviation values of these primate CCR5 were less than 0.1 Angstrom. Moreover, the structures of these CCR5 proteins, except those of the African green monkey 1 (C.aet1), do not have a remarkable difference. It is proved that the 14th residue is possibly very important in the inhibition infections by M-tropic HIV-1, and it is also demonstrated that the 13th residue of human CCR5 was changed from asparagine into aspartic acid in all these primates. It means that the primate CCR5 no longer depend on CD4 for efficient entry, but human CCR5 may have evolved subsequently due to the use of CD4 as a receptor, allowing the high-affinity chemokine receptor-binding site of HIV to be sequestered from host immune surveillance. (C) 2000 Elsevier Science B.V. All rights reserved.