贵州剑河寒武系苗岭统凯里组太阳女神螺类几何形态学研究

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,...     

定量古生物学常用R型多变量线性回归方法例析

R型多变量线性研究之中回归方法是定量古生物学研究中经常使用的方法之一,常用于样本分类、寻求生物特征之间的关联和变化趋势等。R型回归方法关注研究对象的特征(在原始数据中以变量形式存在),直接对其进行分析,进而展示特征之间的关联或者样本间的整体差异。本文详细讨论了多元变量线性回归分析中的R型分析和Q型分析的区别和联系,并主要介绍了常用的R型多变量线性回归方法,包括主成分分析(Principal component analysis)、典型变量分析(Canonical variate analysis)和R型因子分析(R-factor analysis)的分析思路。以瓜迪亚纳河入海口大陆架地区底栖有孔虫分布特征研究为例,对比展示了上述三种方法分析的直接结果与间接推论,详解了这些多变量线性回归分析方法在化石生物数据定量分析中的具体应用。     

几何形态测量学在古生物学研究中的应用概况北大核心CSCD

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。     

几何形态测量学在古生物学研究中的应用概况

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。     

甘肃临夏盆地晚中新世鬣狗类群头骨的几何形态测量学及生态形态学分析(英文)

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。     

定量古生物学中的常用Q型多变量线性回归方法例析

提要Q型多变量线性回归方法是定量古生物学研究中经常使用的一组方法。不同于把研究重心放在变量或变量组之间关系的R型回归方法,Q型回归方法对样本进行整体分析,通过构建样本之间的相似性系数矩阵或者距离矩阵,并进行分解与变换,进而用可视化的方法展示样本的整体相似性关系。本文将介绍常用的Q型多变量线性回归方法,包括主坐标分析(Principal coordinate analysis)、Q型聚类分析(Q-Cluster analysis)、Q型因子分析(Q-Factor analysis),以及综合了R型和Q型的对应分析(Correspondence analysis),和它们在计算中的注意事项与适用场景。本文选取瓜迪亚纳河入海口大陆架地区底栖有孔虫分布特征研究作为实例,分别用上述方法进行分析,以解释它们在定量古生物学中的具体应用。     

基于几何形态测量学的磷酸三(1,3-二氯-2-丙基)酯对鲢仔鱼形态影响研究

为了解磷酸三(1,3-二氯-2-丙基)酯(TDCIPP)对鲢仔鱼生长抑制性在外部形态上的表现性状,研究基于几何形态测量学方法对0.05、0.5、5和50μg/L共4个浓度组与对照组进行组间形态性状差异比较分析。利用PLYMPLUS系统获取鲢仔鱼样本图像信息并测量体长,利用万分电子天平称量体重,使用TPS系列软件提取坐标点数据,并通过Morpho J软件完成主成分分析、典型变量分析及结果可视化。除0.05μg/L浓度组外,其他浓度组鲢仔鱼的体长、体重均显著低于对照组,表明TDCIPP对鲢仔鱼的生长发育具有抑制效应。主成分分析和典型变量分析结果显示,第一主成分(PC1)和第二主成分(PC2)共占总体变量的62.15%(分别为47.64%和14.51%);第一典型变量(CV1)和第二典型变量(CV2)共占总体变量的79.48%(分别为54.55%和24.93%),满足用于鲢仔鱼形态分析的要求。网格轮廓分析结果显示,各浓度组鲢仔鱼平均形态均与对照组间存在显著差异(P<0.05),并且主要表现为头部、躯干纵轴和尾部发育迟缓。     

不同水深养殖栉孔扇贝的形态测量学研究和比较

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。     

几何形态测量学方法在小哺乳动物化石分类鉴定中的应用——4种(鼠平)类化石大样本的个案研究

小哺乳动物化石在晚新生代生物地层学和生物年代学研究中具有重要作用,尤其是筛洗法在古生物调查中得到广泛应用后,通常可以采集到数量可观的标本,使得其地位较大型哺乳动物化石更加彰显.因此,小哺乳动物化石标本的分类鉴定也成了一项十分关键的工作.然而,传统形态学方法在对大量标本进行分类鉴定时,往往容易受主观因素影响而将不稳定的细微性状变异作为依据建立新种,或者忽视一些肉眼难于察觉的形态学差异而将两个甚至多个类群合并到一起,导致基于形态学的化石分类鉴定随意性增加,失去客观性.此外,对于不具鉴定意义的非关键性单个牙齿,很难凭借肉眼或显微镜观察进行区分.针对这些问题,本文选取了安徽繁昌人字洞早更新世早期三种(鼠平)类甘肃模鼠Mimomys gansunicus,郑氏异模鼠Heteromimomys zhengi和繁昌维蓝尼鼠Hllanyia fanchangensis的1284件臼齿并以早上新世内蒙古比例克的比例克模鼠Mimomys bilikeensis的163件臼齿作为参考,采用几何形态测量学方法在各个臼齿咬合面上分别选取了7～14个同源landmark对咬合面的形态特征进行了线性判别分析,建立了针对这4个种的臼齿咬合面形态差异判别函数.分析结果表明,根据这些landmark所提供的形态差异信息,人字洞的1284件臼齿标本中的确存在3个可以明显区分且形态学性状稳定的类群,先前的分类鉴定得到了验证.与之不同地点不同时代的比例克模鼠也可以很好区分.因此,建立在大样本基础上的这4种(鼠平)类臼齿咬合面同源形态特征的判别函数可以用来描述这些种类较为稳定的形态特征差异,并用来作为今后对样本较少的标本进行分类鉴定时的判别依据.因为几何形态测量学的方法不仅可以对二维的离散landmark数据以及重要形态学特征的轮廓线进行分析,甚至还可以扩展至三维空间,所以上述方法对于较为容易获得大样本标本的小哺乳物化石分类鉴定具有普遍意义.     

降水量和温度对植被覆盖指数影响的空间非平稳性特征——以新疆伊犁河谷地区为例

多变量空间相关分析多基于时间序列数据,对数据时长与统计要求严格,空间非平稳性特征分析可以利用单期数据分析多变量之间的相关性。通过空间变系数回归模型分析了2006年和2011年的新疆伊犁地区降水量和温度对植被覆盖度指数影响的空间变化特征,利用局部线性地理加权回归(GWR)方法估计得到了回归系数曲面,揭示出变量间相互影响的空间异质性,同时利用线性回归最小二乘估计进行了对比。结果表明:(1)空间变系数回归模型可以用于变量间的空间相关分析;(2)局部线性GWR估计方法明显优于线性回归最小二乘估计;(3)拟合结果表明,伊犁地区降水量和温度对植被覆盖指数的影响具有显著的空间非平稳性特征;(4)模型估计误差是降水、气温之外的地形、地貌及人类活动等多种因素造成的,需进一步研究。方法可为具有空间非平稳性特征变量间空间相关性分析以及植被覆盖指数的空间模拟分布提供思路和方法。