Formförändringar i biologi


Original: http://www.bio.umass.edu/biology/kunkel/shape.html

Puffer to Mola mola figure

 

D’Arcy Thompsons klassiska fisk omvandling

 

Ett tidigt försök att kvantitativt beskriva mekanismen av formen ändra publicerades av D’Arcy Thompson i en banbrytande bok som alla elever i formen förändring borde läsa (Thompson, 1917). Särskilt bilden som inspirerar de flesta som ser det illustreras ovan – blåsfisk Mola mola förvandling. Samtidigt ellegant och visuellt enkla, har grafiska tekniken aldrig beskrivits uttryckligen så att en experimentalist skulle kunna upprepa den. Några udda 60 år senare en annan forskare gjort en ansträngning att formalisera tekniken till ett förfarande kallas han “bioorthogonal analys” (Bookstein, 1980). Matematiken bakom detta tillvägagångssätt var skrämmande för den genomsnittliga biologen och således metoden återstod träda i huvudfåran av biologiska form studie. Sedan 1981 publicerades en teknik för alligning och jämföra homologa uppsättningar av landmark-koordinater (Siegel, 1981, 1982). Tekniken förklarades i relativt enkla sätt men det viktigaste för, till den genomsnittliga biologen, att en datoralgoritm för att beräkna allignments var också publicerades. Detta datum var också betydande i nära början av den persondator (PC)-eran. Detta tillät biologer följa publicerade algoritmen av Siegel och börja studera form-ändra detta sätt. Jag började mitt intresse för detta synsätt då. Det var uppenbart för mig att metoden var perfekt för att studera formerna av planar strukturer såsom insekt vingar. Fältet har utvecklats sedan sedan och gjorde stora framsteg mot att göra matten lättillgänglig av biologen (Bookstein, 1991). (För den senaste informationen om denna teknik besök SUNY Stony Brook Morphometrics Page.)

 

I det sena 70-talet och början av 80-talet var utvecklingen av formen indragen i tvist om giltigheten av nyutvecklade tekniker, några ad hoc-som utvecklats av icke-biometricians. Några av ämnena var också kontroversiell. I synnerhet publicerades en studie av Allan Wilson laboratoriet hävdar en snabb morfologiska utveckling av formerna av humanoid raden i utvecklingen jämfört med en uppmätt långsam utvecklingen av grodor (Cherry, fall och Wilson, 1978). En siffra som jämföra människa till schimpans illustrerar den dramatiska förändringen i form/proportioner för ett arter par vars DNA likheten är närmare än nästan alla inspelade syskon mamalian arter.

 

Viljan att förklara den uppenbara snabba utvecklingen av hominoids ledde till ett papper Human/Chimp dichotomy

(Wyles, Kunkel & Wilson, 1983) som tillerkänner den snabba morfologiska utvecklingen stora hjärnor. En stor hjärna är en egenskap som är associerad med talkommunikation i grupper. Således kommunicera hominoids, sång fåglar och marina däggdjur inom sin egen art. De behöver alla större hjärnor som man bär på detta meddelande och åtföljande bearbetning av information som andra däggdjur inte är begåvad med och gynnas inte av. Den lärande och kommunikationen av information från en annan enlargens gränssnittet för enskilde med miljön. Detta ökar graden av evolution (inklusive morfologiska utveckling) och har fått namnet “behavioral drive”. Utvecklingen av en större hjärna och kommunikativa färdigheter leder i praktiken till en autokatalytisk ökad frekvens av evolution.

 

En annan aktuell intresse studera formen förändring fokuserar på insekternas vingar (Abbasi et al., 2009) och förmåga att diskriminera form skillnader mellan könen, populationer och arter. Av större intresse är potential att enlargen denna inställning till 3-dimensionella objekt.

 

Bibliografi

 

Abbasi, R., M. Mashhadihan, M. Abbasi, B. Kiabi (2009). Geometriska morphometric studie av befolkningen i den sociala getingen, Polistes dominulus (Christ, 1791) från Zanjan provinsen, nordvästra Iran. Nya Zeeland tidning zoologi 36:41-46. Abstrakt

 

Benson, R. H., R. E. Chapman och A. F. Siegel. 1983. på mätning av morfologi och dess förändring. Upptäckten 8:328-339.

 

Bookstein, F. L. 1977. Studien av formen omvandling efter D’Arcy Thompson. Matte. Biovetenskaper 34:177-219.

 

Bookstein, F. L. 1980. När en form är mellan två andra: ett program för biorthogonal analys. Amer. Zool. 20:627-641.

 

Bookstein, F. L. 1981. Koordinatsystem och morfogenes. I: “Morfogenes och mönster bildas” T. G. Connelly, L. L. Brinkley och B. M. Carlson, Eds., Raven Press, New York, s. 265-287.

 

Bookstein, F. L. 1984. En statistisk metod för biologisk form jämförelser. J. Theor. Biol. 107:475-520.

 

Bookstein, F. L. 1985. Morphometrics i evolutionsbiologi: geometri av storlek och form förändring, med exempel från fiskar. ACAD. Nat. Sci., Phila., 277.

 

Bookstein, F. L. 1986. Storlek och form utrymmen för landmark data i två dimensioner (med diskussion). Statist. Sci. 1:181-242.

 

Bookstein, F. L. 1987. Slumpmässig promenad och förekomsten av evolutionära priser. Upptäckten 13:446-464.
Bookstein och F. L. R. A. Reyment. 1989. mikroevolution av miocen Brizalina (Foraminifera) studerades av canonical variate och analys av landmärken. Bull. Matte. Biol. 51:657-679.
Bookstein, F. L. och P. D. Sampson. 1990. statistiska modeller för geometriska komponenter i formen ändra. Communs. Statist. Teori Meth. 19:1939-1972.
Bookstein, F. L. 1991. Morphometric verktyg för Landmark Data: geometri och biologi. Cambridge U. Press, Cambridge, UK. pp435.
Bookstein, F. L. 1997. Landmark metoder för former utan landmärken: lokalisera grupp skillnader i kontur form. Medicinsk bild analys 1:225–243.
Cherry, L. M., S. M. fall, J. G. Kunkel och A. C. Wilson. 1979. jämförelser av grodor, människor och schimpanser. Science 204:435.
Cherry, L. M., S. M. fall, J. G. Kunkel, J. S. Wyles och A. C. Wilson. 1982. body form mätetal och organismer evolution. Evolution 36:914-933.
Cherry, L. M., S. M. Case och A. C. Wilson. 1978. groda perspektiv på morphometric skillnaden mellan människor och schimpanser. Vetenskap 200:209 – 211.
Kunkel, J. G., L. M. Cherry, S. M. Case och A. C. Wilson. 1980. M-statistik och morphometric skillnader. Vetenskap 208:1060-1061.
Rohlf, F. J. 1990. Roterande passform (Prokrustes) metoder. Kapitel 10 s. 227-236 i Rohlf och Bookstein Procedings av Michigan morphometrics workshop.(Blå bok).
Rohlf, F. J. 2000. Geometriska morphometrics systematics. Kapitel i N. Macleod och P. Forey (eds.) morfologi, form och fylogenetik. Taylor & Francis: London.
Sampson, s. D., och A. F. Siegel. 1985. mått på “storlek” oberoende av “form” för multivariat lognormala populationer. J. ändr. Statist. Ass. 80:910-914.
Siegel, A. F. 1981. Geometrisk dataanalys: en interaktiv grafikprogram för formen jämförelse. Moderna dataanalys, R. L. Launer och A. F. Siegel eds. Academic Press 103-122.
Siegel, A. F. och R. H. Benson. 1982. en robust jämförelse av biologiska former. Biometri 38:341-350.
Smith, D.R., BJ Crespi & F.L. Bookstein (1997) Fluctuating asymmetri i honungsbiet, Apis mellifera: effekter av ploiditeten och hybridisering. I evolutionsbiologi, 10, 551-574 tidning.
Thompson, D’Arcy W. 1917. På tillväxt och form. Cambridge University Press. 793 p.
Wyles, J. S., J. G. Kunkel och A. C. Wilson. 1983. fåglar, beteende och anatomiska evolution. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 80:4394-4397.