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

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。     

草兔胚后发育过程中头骨大小与形状变化的几何形态学分析(兔形目:兔科)

在本文中,我们使用几何形态学的研究方法对58 个处于不同年龄阶段的草兔头骨进行了分析。分析中总共使用来自头骨背面、腹面和侧面的180 个标点和半标点。研究结果表明,草兔在胚后发育早期即迅速建立起与成年个体近似的形态结构,组成头骨的不同形态单元存在显著的异速生长现象,主要的形变发生在幼年至年龄1 阶段,即出生后的6 个月以内。从大小的变化来看,鼻骨在胚后发育过程中呈现正的异速生长,额骨和眼眶区则与头骨整体大小变化基本等速,而顶骨、听泡和枕骨大孔则呈现显著的负异速生长。我们亦用几何形态学的方法绘制出头骨在生长发育早期和晚期不同部位的形态变化轨迹,这一结果显示较显著的形状变化发生在鼻骨、前颌骨、眶上突和头骨的纵轴方向。头骨整体形态在胚后发育过程中伸长并变窄。这些变化将有利于幼兔较早实现完善的头部系统的建立,尤其有利于提高呼吸系统的通风能力,提高在高强度的捕食压力下保持警觉,在多样的运动过程中保持身体平稳的能力,也可能进一步提高了对固态食物的处理能力。这种异速生长模式可能是善于奔跑的植食性哺乳动物在功能需求上的一种适应性进化特征。