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相似文献
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1.
在晚新生代大型食肉目动物中,鬣狗科动物地史分布广、种类和数量多,在中国出现于中中新世至更新世晚期的地层中。形态功能学家将鬣狗科的60多个化石种分为似豺、似狼和似灵猫等生态类群,这些生态类群和现生仅存的3个食骨和1个食虫类群形成鲜明的对比。生态形态学是基于生物形态与生态环境的密切关系研究不同物种形态所代表的生态位的一种方法;研究者依靠化石鬣狗类与现生种类牙齿和头骨整体形态的相似度进行了生态形态(ecomorphology)的分类,但尚未对这些已定的生态形态进行过多变量的头骨形状分析。本文拟采用平面几何形态测量学的方法对晚中新世临夏盆地的鬣狗类进行研究,并探讨以头骨形状划分其生态形态类型的可行性。几何形态测量法是以生物形态的轮廓作为数据的计算方法,虽然目前尚未被国内古生物研究者广泛采用,但自20世纪30年代多变量统计学的理论成熟以来,这一方法的理论基础和软件算法在国外得到迅速发展,至今已成为近代生物学(neontology)和古生物学形态研究领域的一个常用工具。三维几何形态测量分析也因为三维激光扫描仪的普及而变得更简单和直观。然而,化石标本由于埋藏和保存的关系通常会出现变形或残缺不全,使目前几何形态测量方法在古生物学的应用仍主要以平面数据分析为主。平面数据采集的第一步是从与标本某一平面相垂直的角度拍摄数码照片;虽然拍摄平面的选择通常由研究者自定,但一般会选择待研究类群形状变异最具代表性的一面(如,鱼类一般选取侧视)。第二步是形态的数字化,即使用某一种形态测量软件来标出地标点(landmarks;或称界标点、标志点、标点)。地标点的选择对于分析的结果有直接而且重要的影响,一般会选择Bookstein分类中的I型或II型作为地标点的标准。这两种地标点的共同点是可以从解剖学特征上准确地在每一个标本上找到,而无不明确或复现困难的可能性。数字化后的数据在软件中用数学算法叠加起来(superimposition,或称叠合,重叠),以去除原始图片数据中标本位置、角度及其他与几何形态无关的冗余信息。所有的数字化数据叠加起来后,利用软件计算所有标本之间的几何距离。现在常用的软件中都会以平均几何形状作为中心,而且利用类似主成分分析(principal components analysis)的多变量计算来呈现相对扭曲(或称相对反卷)轴(relative warp axis),后者即是可以用来把形态差异视觉化的多变量数据。这些数据可以用平面坐标图来看不同形态的空间分布,也可以用所谓的薄板样条曲线图(thin-plate spline grid)来表示相对形态上的变化。相对扭曲轴所代表的形状数据还经常被拿来与代表几何物体大小的距心值(或称重心距离,centroid size)做回归曲线分析,以便发现种群中某些形态的异速生长模式(allometry)。本文采用几何形态测量的方法对产自和政地区的鬣狗科Hyaenictitherium,Ictitherium,Adcrocuta和旁鬣狗科Dinocrocuta的材料进行研究,分析了这4个属保存完好的头骨标本的侧面形态。与东非大草原现生食肉动物的头骨整体形态分布的比较和分析表明,和政的鼬鬣狗(Ictitherium)和鬣型鼬鬣狗(Hyaenictitherium)的头骨形状分布介于现生斑鬣狗(Crocuta crocuta)、犬科猎狗(Lycaon pictus)和金豺(Canis aureus)之间,为二者似豺生态形态的解释提供了几何形态测量证据。再者,上述两属化石鬣狗的形状分布与现生斑鬣狗的幼年个体形状重叠,表明现生斑鬣狗头骨的发育机制可能是在鼬鬣狗祖先类型的异速生长规律基础上的持续发育,进而演化出现有的粗壮形态。此外,巨鬣狗(Dinocrocuta)和副鬣狗(Adcrocuta)的头骨形状与现生的斑鬣狗在几何形态测量空间内有普遍重叠的现象,指示了这些异时出现的种类具有相似的生态形态,因而可能占据相近的生态位。结果还显示巨鬣狗和斑鬣狗的幼年个体形状相近,以及两者从幼年到成年发育的形状变化过程也具有相似的规律。因而,巨鬣狗和斑鬣狗之间的趋同演化不仅表现在成年头骨的粗壮程度上,而且在幼年发育模式中也存在平行演化现象。现生发育学与行为生态学已经证实,相对其他大型食肉动物,现生斑鬣狗发育粗壮头骨形态的机制不是以增速生长,而是以延长发育期来实现的。由此推断,巨鬣狗的发育期有可能和现生鬣狗相当(35个月),也可能由于具有相对粗壮和巨大的头骨形态,其发育期会延长些。当然,这个新解释仍需要更多的化石数据和发育研究来证实。  相似文献   

2.
太阳女神螺类(helcionellids)是寒武纪常见的一类软体动物,广布全球,多见于碳酸盐岩沉积地层中,而布尔吉斯页岩型生物群中却少有报道。贵州剑河凯里生物群是典型的特异埋藏化石库,产有700余件太阳女神螺类标本,这在世界各地同时期的布尔吉斯页岩型生物群中是很少见的。本文对贵州剑河八郎寒武系凯里组太阳女神螺类化石标本进行了系统研究,采用几何形态测量学的典型变量分析进行量化分析。几何形态测量学(Geometric morphometrics)是用界标点或轮廓线等来描绘生物的形态或者标记特征部位及器官,将生物形态特征归纳为数据变化的定量学方法,其中的典型变量分析(Canonical Variate Analysis)是多变量分析中进行判别分析的一个重要方法,可以用于多组数据之间的判别。CVA判别结果显示:利用壳体侧视轮廓线判别Dorispira属中三个种的正确率为92%,验证了Dorispira accordinonata、D.taijiangensis和D.cf.pearylandica化石种分类合理性。本文研究表明即使壳体形态较为相似的类群,也可以较为准确地使用CVA量化其中的差别,...  相似文献   

3.
形态测量学用定量化的方法和手段描述、研究对象形态特征。几何形态测量学是形态测量学的分支,用界标点或轮廓线等标识研究对象的形态,并运用多变量运算进行量化分析和判别。形态测量学方法在生物学与古生物学领域的应用日益广泛,在生物的个体发育、系统演化、类群判别等方面均可发挥重要作用。本文重点介绍了目前在形态测量学中常用的数据类型、分析方法与步骤,即线性距离、界标点、轮廓线等数据类型的获取,普鲁克迭加、傅里叶转换、特征形状分析与增强特征形状分析等数据转换方法,以及主变量分析、典型变量分析等常用多变量线性回归方法的原理与分析过程。选择以类有孔虫个体发育与类群鉴定中几何形态测量学的应用为例,解释最常用的多变量线性回归方法——主成分分析与典型变量分析的应用与结果剖析。  相似文献   

4.
几何形态学方法及其在动物发育与系统进化研究中的应用   总被引:5,自引:0,他引:5  
简要回顾了几何形态学的发展历史,介绍了30多年来该领域使用的主要方法及其在生物发育与进化研究中的实际应用。除目前应用最为广泛的标点法和轮廓线法外,基于三维数据的表面特征分析和有限元分析也在该领域得到推广。这些方法可运用于分析两性分化、异速生长、种群分化、种上进化以及复杂功能结构的形态集成等科学问题。几何形态学与生物信息学的综合运用还将有利于探讨表型变化与遗传物质变化的相关性。随着生物成像技术和海量数据计算技术的进步,几何形态学将由目前以二维数据为主的研究向三维重建和分析的方向发展。  相似文献   

5.
简要回顾了几何形态学的发展历史,介绍了30多年来该领域使用的主要方法及其在生物发育与进化研究中的实际应用.除目前应用最为广泛的标点法和轮廓线法外,基于三维数据的表面特征分析和有限元分析也在该领域得到推广.这些方法可运用于分析两性分化、异速生长、种群分化、种上进化以及复杂功能结构的形态集成等科学问题.几何形态学与生物信息学的综合运用还将有利于探讨表型变化与遗传物质变化的相关性.随着生物成像技术和海量数据计算技术的进步,几何形态学将由目前以二维数据为主的研究向三维重建和分析的方向发展.  相似文献   

6.
王超  方舟 《动物学杂志》2021,56(5):756-769
几何形态测量学是头足类角质颚形态分析的重要研究方法,其中包括地标点法和轮廓线法。虽然地标点类型被划分为三种,但基于地标点法的角质颚形态研究对于地标点的选取与建立并没有一个统一的标准,因此探究可以更好地展示角质颚形态变异程度所需要的地标点以及样本数是十分必要的。为探究不同地标点和样本数对角质颚形态分析的影响,本研究利用2018和2019年捕捞的剑尖枪乌贼(Uroteuthis edulis)角质颚样本,使用R语言LaMBDA包LaSEC函数,对300对角质颚样本分别使用10、20、28个地标点和50、80、100、200、300对样本组合,以探讨不同地标点和样本数方案时表示形态变异的平稳度。研究结果表明,地标点数量会使质心大小结果产生误差;为了更好地展示角质颚的形态变异程度,最终确定研究样本在50对以内时,上颚和下颚采用26个地标点;研究样本为50~300对时采用27个地标点。研究分析认为,基于LaSEC的头足类角质颚地标点和样本定量分析可以拟定表示角质颚形态变异的最佳地标点数量,并通过角质颚形态变异箭头图来明确表示角质颚形态变异的最佳地标点方案,为后续基于地标点法的头足类角质颚形态研究提供科学依据。  相似文献   

7.
几何形态学是通过定量分析手段对生物的形态特征在几何空间中的变化进行测量, 并将这些测量得到的信息转变为数字信息进行统计学分析以达到形态特征间比较的目的, 目前被越来越多地用于探索生物的特征进化和多样性研究。先前的研究通常提取、比对生物的间断性特征信息用以类群之间的划分, 针对连续性特征研究的缺乏使得有关生物进化和形态学的相关知识变得匮乏。锹甲(鞘翅目: 锹甲科)由于其性二型、雄虫多型性和独特的习性成为形态学研究的重要类群。基于此, 本研究中我们提供了一个包含1,302种锹甲成虫(涵盖全世界99%已知种)的形态学数据集, 数据集包含锹甲的典型的连续性特征, 即前胸背板和鞘翅的外轮廓形态。我们提供的数据集为甲虫的生物多样性、系统发育和进化生物学在内的多个学科的研究提供基础。  相似文献   

8.
张锋  李萍 《古生物学报》2016,(4):518-531
几何形态测量学(Geometric morphometrics)是一种研究生物形状变异的测量学研究方法。形态测量学中较早出现了传统形态测量学,而后革命性演变出只针对形状差异的几何形态测量学。几何形态测量学因定量化和描述客观准确,在生物学上得到广泛应用,后被引入到了古生物学研究中,同样发挥了极其重要的作用并被不断发展。本文从几何形态测量学方法以及传统测量学方法在古生物中应用历史和应用方向两个角度对其在古生物学研究中的应用概况进行介绍,并对应用前景做展望。  相似文献   

9.
为了探究远岸深水海区和近岸浅水海区养殖的栉孔扇贝(Chlamys farreri)形态上的差异, 运用传统形态测量学和几何形态测量学的方法, 对来自近岸浅水海区(15 m水深)和远岸深水海区(30 m水深)底栖养殖的2龄栉孔扇贝进行形态测量学研究和比较分析。结果表明: 深水养殖的栉孔扇贝的壳高(SH)、壳长(SL)和壳宽(SW)都极显著大于浅水养殖的栉孔扇贝(P<0.01); 通过界标点(Landmarks)和半界标点(Semi-landmarks)的方法, 及广义普鲁克分析(GPA)、主成分分析(PCA)和典型变量分析(CVA), 结果表明深水养殖的栉孔扇贝的整体壳形尺寸大于浅水养殖的栉孔扇贝, 除去尺寸大小因素后两者的壳耳和壳体扇形边缘存在显著差异。文章为栉孔扇贝深水养殖的选育和增养殖工作提供基于形态学研究的理论依据, 同时比较分析了传统形态测量学和几何形态测量学的原理和分析方法, 为研究生物体形态差异时选择合适的研究方法提供新参考。  相似文献   

10.
几何形态测量学在古生物学研究中的应用概况   总被引:2,自引:0,他引:2  
几何形态测量学(Geometric morphometrics)是一种研究生物形状变异的测量学研究方法。形态测量学中较早出现了传统形态测量学,而后革命性演变出只针对形状差异的几何形态测量学。几何形态测量学因定量化和描述客观准确,在生物学上得到广泛应用,后被引入到了古生物学研究中,同样发挥了极其重要的作用并被不断发展。本文从几何形态测量学方法以及传统测量学方法在古生物中应用历史和应用方向两个角度对其在古生物学研究中的应用概况进行介绍,并对应用前景做展望。  相似文献   

11.
三维几何形态学概述及其在昆虫学中的应用   总被引:3,自引:0,他引:3       下载免费PDF全文
白明  杨星科 《昆虫学报》2014,57(9):1105-1111
长期以来二维(two-dimensional, 2D)数据是几何形态学(geometric morphometrics)分析的最主要的数据类型,在推动几何形态学的发展过程中起到了奠基性的作用,并也解决了很多重大的科学问题,展示了几何形态学强大的科学计算能力与问题解决能力。但有些特殊的科学问题或者特殊的形态结构,无法通过二维数据完美解决,亟需大规模、大尺度三维(three-dimensional, 3D)数据的支持,这对几何形态学的三维化发展提出需求。更重要的是,随着三维数据获取成本的日渐降低,大量三维数据涌现出来。因此,三维几何形态学应运而生。本文对三维几何形态学的原理及其应用进行了概述,重点探讨了三维几何形态学与二维几何形态学的异同点,并对前者的两个发展阶段(少量样本的形态模拟与准定量比较及大量样本的定量比较)进行了概述,评价了四维数据和有限元等方法的应用,指出了该方法在昆虫学领域的发展潜力,最后对该方法在样本量增加、硬件提升、数据分辨率提高、新算法的开发、分析结果的呈现及3D打印等方面的发展趋势进行了展望。  相似文献   

12.
Although there were many ancient Chinese mathematicians contributed a lot on geometry,Geometric morphometrics (GM) in modern concept was not firstly proposed by Chinese.The super capability of geometric morphometrics in scientific computing and problem solving has gained a lot of attentions in the world.Until early of 21 centuries,geometric morphometrics was introduced into China.Since then,GM was rapidly applied in many research fields.However,it is a pity that GM is still not well-known in China as many works are published out of China.Thus,the special issue "Geometric morphometrics:Current shape and future directions" is organized.The present issue presents a series of contributions in this scientific field.In future,there will be many considerable new developing fields on GM needed to pay more attentions,for instances,3D geometric morphometrics,4D analysis,visualization of amber,new machine developing,new software developing,automatic identification system,etc.Once these technical bottle-necks on 3D data collecting and merging geometric morphometric data from multiple characters could be solved,the automatic identification system and other fields based on Big Data would come true.  相似文献   

13.
李荣荣  李敏  闫江  张虎芳  白明 《昆虫学报》2019,62(9):1081-1089
【目的】北二星蝽Eysarcoris aeneus是一种广泛分布于古北区的重要农业害虫,可危害多种经济作物。其刺肩型和钝肩型前胸背板后侧角长度存在差异,暗示其种内变异的存在。【方法】基于几何形态学的多元回归分析(multivariate regression)、主成分分析(principal component analysis, PCA)、典型变量分析(canonical variate analysis, CVA)和判别函数分析(discriminant function analysis, DFA),对采集于中国19个地区的142头标本(98头北二星蝽标本和44头作为外群的广二星蝽E.ventralis标本)的前翅、后翅、头和小盾片4个性状进行分析比较,研究北二星蝽钝肩型和刺肩型之间的形态变异。【结果】对于所研究的4个性状来说,北二星蝽钝肩型和刺肩型标本间均未检测到异速生长的存在。主成分分析中,钝肩型和刺肩型的标本均有重叠,典型变量分析则显示它们之间存在显著差异(马氏距离和普氏距离的P值均小于0.01)。判别函数分析显示,依据这4个性状两型样本间的正确判别率在67%~89%之间。【结论】结果表明,前翅、后翅、头和小盾片都可以作为北二星蝽钝肩型和刺肩型之间形态变异的评价指标,小盾片特征具有最高水平的鉴别价值;对于所研究的这4个性状来说,北二星蝽钝肩型和刺肩型之间都表现出显著的形状差异,而它们的质心距离差异不显著,说明相对于体型大小差异分析,形状差异分析能更灵敏地揭示谱系间的变异。本研究表明几何形态学可以有效地描述北二星蝽的种内形态变异,为蝽类昆虫种内变异的研究奠定了基础。  相似文献   

14.
15.
Feeding habits are important life‐history traits in animals; however, methods for their determination are not well established in many species. The larvae of the beetle family Carabidae are an example. The present study tested the utility of geometric morphometrics of mouthpart morphology to infer the feeding habits of carabid larvae. Using Pterostichus thunbergi as a model system, larval feeding habits were inferred using geometric morphometrics of mouthparts and the results were compared with those obtained from rearing experiments. The rearing experiments indicated that P. thunbergi larvae are carnivores that require snails as an essential part of the diet. Through geometric morphometrics, associations between mouthpart morphology and larval feeding habits were confirmed for species in which these two traits are known. A discriminant analysis using these associations classified P. thunbergi larvae as snail/slug feeders, which is a result compatible with the rearing experiments. Geometric morphometrics also revealed that morphological integration and ontogenetic shape change might play roles in the diversification of mouthpart morphology. Overall, these results demonstrate the utility of the geometric morphometrics of mouthparts to infer feeding habit and to clarify the mechanisms of mouthpart morphological diversification in the study group, and the results also serve as a basis for future studies of other insect groups.  相似文献   

16.
The shape of wings can be a good predictor of adaptations to different selective pressures and the value of wing features in taxonomy and phylogeny has long been recognized. In our investigation of the hind wing evolution of dung beetles (Scarabaeinae) we use geometric morphometrics combined with a cladistic approach. The variations of entire hind wings and of three specific regions of 80 dung beetle species were investigated using 19 landmarks and outline data. Extensive evidence indicates that the wing as a whole and the three separate regions were under different selective pressures. The detailed evolutionary patterns of the three regions and the reconstruction of the ancestral forms were computed by mapping the geometric morphometrics data onto a tree based on a cladistic character analysis.  相似文献   

17.
The sclerotized attachment organ of monogeneans has been widely used to address fundamental questions in ecology and evolution. However, traditional morphometric techniques appear to be partially inadequate and non-optimal. Traditional linear measurements mainly provide information on the size of sclerites but provide very little information, if any, on their shape. The shape of sclerites is indeed virtually unexplored and its implication for ecological and evolutionary processes remains to be analyzed. This study aims to both introduce and illustrate the use of geometric morphometrics in order to study sclerites of monogeneans in a biogeographic context. To do this, we investigated morphological variation patterns among four populations from the Pacific Ocean and six monogenean species through traditional and geometric morphometric techniques. Unlike the traditional method, the geometric morphometric method yielded a high percentage of individuals correctly classified to the four populations, providing strong evidence for phenotypic variability, divergence and local adaptation among islands without evolutionary constraint. Moreover, the traditional method also resulted in inconsistent interpretations of shape variations. This study highlighted the limitations that may arise when using traditional morphometric techniques and emphasizes that considerable information about the shape of sclerotized haptoral parts is added by using geometric morphometrics. Given the prominent taxonomic, ecological and evolutionary role of the haptor for characterizing monogeneans, we ultimately discuss the potential broad use of geometric morphometrics in a wide variety of ecological and evolutionary contexts. This powerful approach might allow a more robust estimation of the extent to which traditional evolutionary theories based on size of sclerites are congruent with their shape.  相似文献   

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Largely due to L. F. Bookstein, geometric morphometrics has been developed as an amalgamation of techniques drawn from mathematical statistics, non-Euclidean geometry and computer graphics, applied to labelled points (landmarks) and the biological images upon which they are registered. A tool of fundamental importance is the method of interpolation known as the thin-plate spline. Bookstein's sample-oriented procedure of relative warps, applied to data composed of coordinate pairs observed on eight landmarks on three samples of two species of fossil marine ostracods (bivalved microcrustacean),Notocarinovalva airella andN. yulecartensis, separated in time, is used to obtain weight matrices, which, when appropriately partitioned, constitute the familiar data matrices of multivariate statistical analysis. Standard multivariate statistical analysis of samples may be carried out in the tangent space to shape space at the Procrustes average shape. Linear discriminant function scores were used for assessing, approximately, the evolutionary relevance of shape change and change in size (based on standard distance measures) in the species from the upper and lower Oligocene and lower middle Miocene of Victoria, Australia. The findings indicate that a small, though consistent, change in non-uniform shape of the carapace has taken place. The analysis indicates that the evolution in shape of the carapace could have been caused by random genetic drift in moderately large populations, tempered by weak selection.  相似文献   

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Echitriporites trianguliformis and E. suescae comb. nov. are two species of proteaceous-like triaperturate pollen that have been widely reported in several sedimentary sequences from northern South America, especially in Colombia and Venezuela. Despite their biostratigraphic significance and because of their morphological similarity, distinction between the two species has been difficult, leading to a biased understanding of their chronostratigraphic ranges. In this study, we compare 75 pollen grains spanning the Maastrichtian–Danian time interval through traditional and geometric morphometrics, and a newly proposed Procrustes-based method (index of pollen curvature). Traditional assessments show subtle variation between specimens; however, geometric morphometrics and the curvature index allow quantifying morphological differences in the degree of concavity-convexity through time. Therefore, geometric morphometrics and curvature index results enable us to constrain the stratigraphic ranges of both taxa. We suggest a coetaneous range for E. trianguliformis and E. suescae comb. nov. during the Late Cretaceous, but the presence of only E. trianguliformis after the Cretaceous–Paleogene boundary event. In addition, we propose a threshold value of 1.5 µm for the curvature index as a tool for distinguishing between these two taxa. We conclude that the combination of geometric morphometrics and the curvature index provides a powerful tool to distinguish between morphological closely-related pollen taxa that are difficult to distinguish through both light microscope visual comparisons and statistical analysis of morphometric measurements.  相似文献   

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