Neuroanatomical Changes Related to a Changing Environment in Lesser Earless Lizards
How do changes in the environment affect the brain? More specifically, how do different physical environments shape areas of the brain that facilitate the contextual perception of animals' surroundings? We evaluated the relationship between rapid habitat change and the volume of the medial, lateral, and dorsal cortices, in two populations of wild male and female Lesser Earless Lizards (Holbrookia maculata). These populations inhabit neighboring, but physically distinct, environments in southern New Mexico: White Sands and dark soil habitats. The White Sands habitat is a geologically recent environment that formed over the last 2,000–7,000 yr. There is a stark physical contrast between White Sands and the surrounding typical Chihuahuan desert habitat that is characterized by dark soil, denser vegetation, and higher competitor and predator species abundances. We observed differences in the volumes of the medial cortex, an important neuroanatomical structure for navigation, but not in those of the dorsal or lateral cortices, between lizards inhabiting the White Sands and dark soil habitats. Male and female lizards in the White Sands habitat had smaller medial cortices (relative to their overall brain size) compared to those in the dark soil environment. We also found sex differences in the volume of the medial cortex; in the dark soil habitat, males had larger medial cortices than females. In summary, we have uncovered differences in neuroanatomy between habitats and between sexes in a wild species of lizard, which may reflect neuroanatomical plasticity and/or rapid evolutionary change in response to a geologically recent environmental change. ¿Cómo afectan los cambios en el ambiente al cerebro? ¿Específicamente, cómo moldean los distintos ambientes físicos las áreas del cerebro que facilitan la percepción contextual del entorno de los animales? Evaluamos la relación entre cambios repentinos en el hábitat y el volumen de las cortezas mediales, laterales, y dorsales en dos poblaciones silvestres de machos y hembras de las lagartijas Holbrookia maculata. Estas poblaciones habitan ambientes vecinos, pero físicamente disímiles en el sur de Nuevo México, EUA: las Arenas Blancas y suelos oscuros. Las Arenas Blancas son un hábitat geológicamente reciente que se formó a través de los últimos 2,000–7,000 años. Hay un contraste físico severo ente las Arenas Blancas y el entorno típico del desierto de Chihuahua, el cual se caracteriza por suelos oscuros, vegetación densa, y densidades mayores de competidores y depredadores. Observamos diferencias en el volumen de la corteza medial, una estructura neuroanatómica importante para la navegación, pero no en la dorsal o lateral, entre lagartijas que moraban en los hábitats de suelo oscuro versus las que habitaban las Arenas Blancas. Las lagartijas hembras y machos de las Arenas Blancas tenían cortezas mediales más pequeñas (relativo al tamaño cerebral total) comparadas con las que habitaban en el ambiente de suelos oscuros. También encontramos diferencias en el volumen de la corteza medial entre los sexos; en el hábitat de suelos oscuros los machos tenían cortezas mediales más grandes que las hembras. Resumiendo, hemos descubierto diferencias en la neuroanatomía entre hábitats y sexos en un especie silvestre de lagartija, lo cual puede indicar plasticidad neuroanatómica y/o cambio evolutivo veloz en respuesta a un cambio ambiental geológicamente reciente.Abstract
Resumen
Contrasting habitats occupied by different H. maculata ecomorphs: (A) dark soil and (B) White Sands.
Representative image of a coronal section (left) and a stylized section depicting the medial, dorsal, and lateral cortices (right; outlined in red).
Box and whisker plots depicting the relative size of the medial (top), dorsal, and lateral (bottom) cortices, for male and female H. maculata from the dark soil and White Sands populations. An asterisk denotes a significant difference between means (α = 0.05), + symbols signify the means, the midlines are the medians, box ends are the 25th and 75th percentiles, and whiskers are the maximum and minimum values.
Contributor Notes
