几何形态测量法在生物形态学研究中的应用

形态分析是生物系统学及其多样性研究中很重要的一部分。随着统计学的发展,我们可以对非常复杂的数据进行分析,这在客观上导致了多变量形态测量的出现。在20世纪80年代,在数据收集和分析上产生了重要突破——标点和标点相对位置的几何信息的匹配,从而可以将多变量分析的标点集叠加到生物原始图上,它不仅仅是生成散点图,而是试图客观反映生物的形态性状。这项研究被称为几何形态测量法(geometricmorphometrics),Rohlf和Marcus(1993)称其为形态测量方法上的一次革命。文章简要介绍了该方法。     

几何形态计量学在昆虫自动鉴定中的应用与展望

几何形态计量学着重研究的是生物形态的拓扑结构信息,不受标本大小和形状变化的影响,是进行昆虫自动鉴定的一个新的手段。本文首先介绍了传统形态计量学和几何形态计量学两种昆虫自动鉴定的方法,并着重介绍了轮廓分析法和标志点分析法等几何形态计量学的分析方法,以及目前开发的几何形态计量学昆虫自动鉴定软件,简述了该方法应用于昆虫自动鉴定的工作流程,最后对几何形态计量学在昆虫自动鉴定方面的未来发展进行了展望。     

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。     

基于几何形态分析的栎属白栎组叶片形态特征

以壳斗科栎属白栎组的5个种作为研究对象进行叶片几何形态学分析(GMMs).选取了20个天然种群,共采集182个个体,887张叶片,对每张叶片采用几何形态学的标点法,数字化叶形态特征,使5个种的叶形态差异可视化.结果表明:广义普氏分析可以有效地排除叶片位置和大小对叶片形状的影响.基于个体水平的主成分分析表明,槲树分别与槲...     

三维几何形态学概述及其在昆虫学中的应用

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。     

几何形态测量法结合Micro CT扫描对两水系花斑裸鲤的形态分析

研究采用现代几何形态测量法并结合Micro CT扫描技术对两水系(黄河上游与柴达木水系格尔木河)花斑裸鲤(Gymnocypris eckloni Herzenstein)的形态进行定量分析,讨论两水系花斑裸鲤是否存在先前研究未能发现的形态差异。结果显示:花斑裸鲤的两个地理种群在基于其头部形态轮廓二维坐标的主成分分析和判别分析的结果均聚在一起,这与之前文献记载的两水系花斑裸鲤的形态学特征相一致,并且对两水系花斑裸鲤进行的典型变量分析也同样支持这一结果;对花斑裸鲤两个地理种群背鳍支鳍骨插入椎骨间的相对位置这一形态特征进行卡方检验,结果表明在骨骼这一更具分类学意义的形态特征上表现出显著性差异。通过对花斑裸鲤两个地理种群的几何形态与Micro CT扫描,准确定量地分析了两水系花斑裸鲤形态上的异同,为正确评价两水系花斑裸鲤真实的演化关系奠定了形态学基础。     

现代各主要人群额骨3D几何形态的对比

额骨是连接面颅和脑颅的重要头骨组成部分,关于现代各个人种的额骨形态是否存在明显的差别,这些人种额骨的基本形态如何,变异范围以及与其他人群的相似与差异等问题都尚未完全厘清。而额骨的很多特征由于技术手段的限制很难进行测量和准确的描述比较。鉴于这些问题,本文将采用基于三维表面半标志点的几何形态测量方法,研究东亚现代人额骨的表面形态及其变异范围,并与欧洲,东南亚,美洲,非洲以及澳洲的现代人群的额骨形态进行对比,为对比不同人群的形态研究建立基础数据。结果显示,额骨形态的变异主要表现在:1)额骨鳞部的额结节和正中矢状脊共同向前隆起或回缩以及相对额骨宽度;2)眉弓的粗壮程度,额结节的侧向发育程度和正中矢状脊的发育情况。为了进一步揭示中国现代人与其他人群在额骨形态上的关系,本文还探讨了额骨大小在不同人群中的差异。结果显示,东亚现代人和欧洲现代人额骨中心大小值的中位数最大,澳洲现代人的最小。东亚现代人的额骨形态与澳洲,欧洲和非洲均有非常显著的差异。为了检验额骨的形态是否与遗传距离一致,作者还对额骨形态距离和遗传距离做了相关性分析。结果显示,不同人群的额骨形态与其遗传距离呈显著的相关性,说明本研究结果中不同人群额骨形态上的差异大小可以在一定程度上反映其遗传距离,并可能进一步反映人群历史。东亚现代人的额骨平均形态在与各个人群比较过程中表现出一致性特征,可能在一定程度上反映了东亚现代人群的进化过程是相对独立的。未来额骨的三维几何形态测量可通过扩大标本数量进一步探讨不同性别和不同演化阶段之间的差异。     

现代各主要人群中面部3D几何形态的对比

中面部的形态是个人识别的重要依据,并且长期以来都在各人种的形态对比研究中占有重要的地位。而中面部骨骼形态复杂,骨骼表面不规则,很难用传统的方法来进行测量和比较。本文采用基于三维表面半标志点的几何形态测量学研究东亚现代人中面部的形态及其变异范围,并与其他各大地理位置中的现代人群的中面部形态进行对比,为人类演化和对比不同人群的形态研究建立基础数据。本研究结果显示中面部形态能够大致区分各个现代人群,其中东亚现代人与除美洲印第安人以外的所有现代人的中面部形状之间都具有较为明显的差异。东亚现代人与澳大利亚和非洲的现代人中面部形状之间的差别最明显,而与欧洲和东南亚现代人的分布范围有部分重叠。东亚现代人群中面部的平均形状却具有非常明显的特点:沿着正中矢状面的结构回缩,而两侧的结构向前方和两侧突出。而其他现代人群的中面部平均形状则呈现出相反的特征,即沿着正中矢状面的结构为突出,而两侧的结构回缩的特征。这些特点在东亚发现的化石人类标本中也有很高的发生率,这表明这些中面部特征在东亚人类进化的序列是连续的,并无受到干扰的迹象。     

青海撒拉族侧面部几何形态测量分析

采用基于标志点的几何形态学测量方法对青海循化撒拉族自治县的撒拉族男性82人侧面轮廓形状进行了分析。撒拉族人群额部的变异主要体现在第7、8特征点区域(鼻凹点之上区域),额部其他区域的形态变异较小,而鼻区、嘴唇及下巴区域的形态变异较大,这些特征与土族较相似。同时,撒拉族也显示出明显区别于土族、藏族的形态。如撒拉族额部比较突出,显得前倾,额部相对较长,唇部相对土族较回缩。撒拉族额部特征点集的面积较大,可能反映了撒拉族额部的变异大于土族、藏族。聚类分析显示,男性两类侧面轮廓的差异主要集中在额部,与土族的类别间差异有相似之处。异速生长分析显示,尺寸大小能够解释形状变异的5.51%,随着CS值的增大,额部和下巴部变化明显,额度由陡直趋向于变得平缓,下巴部也随CS值的增大由较突出变为明显回缩。土族、藏族也是随着CS值的增大,额部由陡直趋向于变得平缓,下巴部由较突出变为明显回缩,似乎提示撒拉族、土族、藏族有相似的面部形态变化规律:长面型者的额部较低平,下巴部较回缩。     

云南省四种家鼠下颌骨形态差异——基于传统测量与几何形态分析

为探讨黄胸鼠(Rattus tanezumi)、大足鼠(R. nitidus)、褐家鼠(R. norvegicus)及黑缘齿鼠(R. andamanensis)的下颌骨种间形态差异,为上述物种提供新的鉴定依据,提高形态分类的准确性,本研究对4种共40号标本的下颌骨进行了传统线性测量分析和几何形态测量分析。使用单因素方差分析比较了传统形态测量值的种间差异。通过主成分分析、典型变量分析和系统发育信号检验分析了4种家鼠下颌骨的几何形态差异。通过Bayes判别分析和函数判别法分别检验了不同方法对物种鉴定的准确性。传统形态测量的单因素方差分析表明,4种家鼠下颌骨长、下臼齿列长、下颌高和下颌齿隙传统测量值存在显著差异,且黄胸鼠与黑缘齿鼠差异最大,大足鼠与褐家鼠差异最小;几何形态测量分析表明,黄胸鼠与黑缘齿鼠下颌骨形态较为相近,黄胸鼠与大足鼠下颌骨形态差异最大,4种家鼠下颌骨形态差异主要集中在冠状突、角突和踝状突;传统测量值的Bayes交叉验证判别分析对4个物种标本的正确分类为72.5%,几何形态判别函数分析结果表明,除褐家鼠-黑缘齿鼠(60%)外,另几个物种的两两交叉验证结果都达到70%及以上,表明两种分析方法具有一定的可靠性。下颌骨形态可以作为4种家鼠的鉴别依据,几何形态测量方法可以提高4种家鼠的分类准确性。在今后的研究中可以运用该方法在更多类群中展开验证,获得更全面的形态差异信息,进而为基层疾控单位工作人员开展鼠源性疾病控制和预防工作时的物种鉴定提供参考依据。     

贵州毕节老鸦洞遗址2013年发掘报告

老鸦洞遗址是贵州省毕节市七星关区一处旧石器时代晚期遗址,该遗址上世纪80年代被发现并发掘,出土大量石制品及动物碎骨。为进一步研究该遗址,明确遗址文化及年代性质,2013年7月至8月,发掘队对该遗址进行了再次系统发掘,出土包括石制品、骨制品、古人类牙齿化石、动物化石、植物果核、碳屑在内的标本两千余件,其中,石制品在制作技术上显示了典型的小石片石器传统特征。另有未统计碎骨上万件。碳十四测年结果表明,这些出土物及遗迹记录了旧石器时代晚期距今37000-20000年,以及距今14000年古人类在老鸦洞内生存的历史,是毕节地区旧石器时代晚期最初阶段古人类生存栖息的证据。多个石制品及碳屑、灰烬富集的层位表明了古人类对该洞穴的长时间反复利用,以及末次冰期最盛期期间人类活动的消退现象。     

浙江安吉上马坎遗址石制品研究

上马坎旧石器遗址发现的石制品依其总性质可归中国南方旧石器时代主工业（下简称南方主工业）。依试掘结果看,可能存在一个相对集中的活动面,在阶地顶面下311—315cm处,发现石制品13件,占试掘石标本的35.13%,占石制品的44.83%;从平面分布看,上述13件中有8件发现于513—581cm之间,由此看来活动面中心区可能偏西。该地点的时代,与宣州陈山地点对比,最早的可能不晚于距今40万年前,最晚的进入更新世晚期。     

从技术组织论视角阐释中国古人类石器技术的多样性

石器的演化历史与早期人类技术活动的投入成本密切相关,也在一定程度上受制于可获取的原料与利用的动植物资源。克拉克有关早期人类的石器技术演化的5种技术模式,在解释旧大陆古人类技术演化具有深远的影响。然而,生活在东亚特别是中国北方地区的古人类,石制品文化面貌在约40 ka BP一直以石核-石片技术体系占据主导地位。学术界一般以中国本土旧石器文化传统根深蒂固,与西方文化交流有限为原因,解释这种石器技术发展的不平衡现象。本文以石制品生产技术组织的研究理念为出发点,强调精致加工代表人群的高投入技术与行为,在中国境内以模式2、3为代表,其产品可在一定程度上作为文化标识反映了外来人群的扩散,体现了东、西方文化有限交流;而权宜技术则多为低投入的技术与行为活动,以石核-石片技术体系为代表,随时间推移不断继承发展。同时,石核-石片技术体系在中国盛行的现象,表明本地古人类对一种比较成功的适应策略的坚持和继承,分布区域局限、内在技术变异程度相对较低的模式2、3技术,更有可能是欧亚大陆西侧和非洲规模有限的人群扩散或技术传播的结果。