Количественный анализ изменчивости и корреляции элементов коронки верхних щёчных зубов обыкновенного бобра (castor fiber, rodentia, castoridae) на основе геометрической морфометрии

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Индивидуальная и возрастная изменчивость элементов коронки верхних щёчных зубов и их корреляции изучены у грызунов рода Castor на основе “элементаристского” описания зубной коронки с помощью геометрической морфометрии и с использованием корреляционного, кластерного и дисперсионного анализов. Описан базовый алгоритм сравнения элементов коронки внутри каждого зуба и между зубами по указанным характеристикам. Наименьшая индивидуальная изменчивость характерна для зубов, занимающих среднее положение в щечном зубном ряду. Не выявлено четкой зависимости уровней индивидуальной вариабельности элементов коронки ни от их положения в зубной коронке, ни от их сложности. Возрастные различия в форме этих элементов иногда могут быть очень значительными, причем молодые особи наиболее специфичны в этом отношении. Наименее индивидуально изменяющиеся зубные единицы (либо зубы целиком, либо отдельные элементы), как правило, оказываются наиболее изменчивыми с возрастом, хотя этот результат может носить чисто “статистический” характер. Корреляции между элементами зубной коронки в целом не очень высокие, причем корреляции внутри зубов в среднем несколько сильнее, чем между зубами. Корреляции, как правило, сильнее у взрослых, чем в других возрастных группах. Корреляции между элементами зубной коронки меняются с возрастом и в этом отношении существенно различаются. Показано, что общие тенденции возрастных различий в корреляциях противоположны для внутри- и межзубных сравнений. Общие уровни корреляций и диапазоны их возрастных различий находятся в обратной зависимости. Общая закономерность корреляции элементов зубной коронки более очевидна в комбинированной возрастной группе (полувзрослые + взрослые). Дальнейшие исследования как изменчивости, так и корреляционной структуры зубных рядов млекопитающих следует проводить на основе “элементаристского” описания зубной коронки.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. Я. Павлинов

Научно-исследовательский зоологический музей МГУ имени М. В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: igor_pavlinov@zmmu.msu.ru
Россия, ул. Большая Никитская, д. 2, Москва, 125009

Список литературы

  1. Adams D.C., 2015. Evaluating modularity in morphometric data: challenges with the RV coefficient and a new test measure // Methods in Ecology and Evolution. V. 5. № 5. З. 565–572.
  2. Ackermann R.R., 2002. Patterns of covariation in the hominoid craniofacial skeleton: implications for paleoanthropological models // Journal of Human Evolution. V. 42. № 1. P. 167–187.
  3. Bardua C., Felice R.N., Watanabe A., et al., 2019. Practical guide to sliding and surface semilandmarks in morphometric analyses // Integrative Organismal Biology. V. 1. № 1. obz016 [An electronic source]. Accessed through: https://academic.oup.com/iob/article/1/1/obz016/5526881?login=false. The last upgrade date: 05.07.2019
  4. Вoivin M., Alvarez A., Ercoli M.D., 2022. Integration patterns of cheek teeth and ecomorphological evolution in grinding herbivores: the case of caviine rodents (Caviomorpha: Caviidae) // Zoological Journal of the Linnean Society. V. 196. № 3. zlac005 [An electronic source]. Accessed through: https://doi.org/10.1093/zoolinnean/zlac005. The last upgrade date: 12.03.2022.
  5. Bolker J.A., 2000. Modularity in development and why it matters to evo-devo // American Zoologist. V. 40. № 5. P. 770–776.
  6. Callebaut W., Rasskin-Gutman D. (eds), 2005. Modularity: understanding the development and evolution of complex natural systems. Cambridge: MIT Press 472 p.
  7. Cardini A., Loy A., 2013. On growth and form in the “computer era”: from geometric to biological morphometrics // Hystrix, Italian Journal of Mammalogy. V. 24. № 1. P. 1–5.
  8. Cheverud J.M., 1996. Developmental integration and the evolution of pleiotropy // American Zoologist. V. 36. № 1. P. 44–50.
  9. Gingerich P.D., 1974. Size variability of the teeth in living mammals and the diagnosis of closely related sympatric fossil species // Journal of Paleontology. V. 48. № 5. P. 895–903.
  10. Gingerich P.D., Schoeninger M.J., 1979. Patterns of tooth size variability in the dentition of Primates // American Journal of Physical Anthropology. V. 51. № 3. P. 457–465.
  11. Gkantidis N., Halazonetis D.J., 2011. Morphological integration between the cranial base and the face in children and adults // Journal of Anatomy. V. 218. № 4. P. 426–438.
  12. Gόmez-Robles A., Polly P.D., 2012. Morphological integration in the hominin dentition: evolutionary, developmental, and functional factors // Evolution. V. 66. № 4. P. 1024–1043.
  13. Goswami A., Polly P.D., 2010. Methods for studying morphological integration, modularity and covariance evolution // The Paleontological Society Papers. V. 16. № 2. P. 213–243.
  14. Gould S.J., Garwood R.A., 1969. Levels of integration in mammalian dentitions: an analysis of correlations in Nesophontes micrus (Insectivora) and Oryzomys couesi (Rodentia) // Evolution. V. 23. № 2. P. 276–300.
  15. Hallgrímsson B., Jamniczky H., Young N.M., et al., 2009. Deciphering the palimpsest: Studying the relationship between morphological integration and phenotypic correlation // Evolutionary Biology. V. 36. № 4. P. 355–376.
  16. Hammer Ø., Harper D., Ryan P.D., 2001. PAST. PAleontological STatistics software package for education and data analysis // Palaeontologia Electronica. V. 4. № 1. P. 1–9.
  17. Hayes J., P., Jenkins S.H., 1997. Individual variation in mammals // Journal of Mammalogy. V. 78. № 2. P. 274–293.
  18. Jung H., Simons E., von Cramon-Taubadel N., 2021. Ontogenetic changes in magnitudes of integration in the macaque skull // American Journal of Physical Anthropology. V. 174. № 1. P. 76–88.
  19. Klingenberg C.P., 2009. Morphometric integration and modularity in configurations of landmarks: Tools for evaluating a priori hypotheses // Evolution & Development. V. 11. № 4. P. 405–421.
  20. Klingenberg C.P., 2014. Studying morphological integration and modularity at multiple levels: concepts and analysis // Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. V. 369. № 1649. P. 20130249. doi: 10.1098/rstb.2013.0249
  21. Klingenberg C.P., Marugán-Lobón J., 2013. Evolutionary correlation in geometric morphometric data: analyzing integration, modularity, and allometry in a phylogenetic context // Systematic Biology. V. 62. № 4. P. 591–610.
  22. Korth W.W., 2002. Comments on the systematics and classification of the beavers (Rodentia, Castoridae) // Journal of Mammalian Evolution. V. 8. № 4. P. 279–296.
  23. Labonne G., Navarro N., Laffont R., et al., 2014. Developmental integration in a functional unit: deciphering processes from adult dental morphology // Evolution & Development. V. 16. № 4. P. 224–232.
  24. Lawing A.M., Polly P.D., 2010. Geometric morphometrics: recent applications to the study of evolution and development // Journal of Zoology. V. 280. № 1. P. 1–7.
  25. Laffont R., Renvoisé E.,, Navarro N., et al., 2009. Morphological modularity and assessment of developmental processes within the vole dental row (Microtus arvalis, Arvicolinae, Rodentia) // Evolution & Development. V. 11. № 3. P. 302–311.
  26. Lavrov L.S., 1953. Age determination in the river beavers // Trudy Voronezhskogo Gosudarstvennogo Zapovednika (Proc. State Voronezh Rereve). V. 4. P. 77–84.
  27. Machado F.A., Hubbe A., Melo D., et al., 2019. Measuring the magnitude of morphological integration: The effect of differences in morphometric representations and the inclusion of size // Evolution. V. 73. № 12. P. 2518–2528.
  28. Mina M.V., Klevezal G.A., 1976. Rost zhivotnyh: analiz na urovne organizma (Growth of animals: an analysis at the organismal level). Moscow: Nauka Publ. 292 p.
  29. Mitteroecker P., Gunz P., 2013. Semilandmarks: A method for quantifying curves and surfaces // Hystrix, Italian Journal of Mammalogy. V. 24. № 1. P. 103–109.
  30. Olson E.C., Miller R.L., 1958. Morphological integration. Chicago: Univ. Chicago Press. 376 p.
  31. Pavlicev M., Cheverud J.M., Wagner G.P., 2009. Measuring morphological integration using eigenvalue variance // Evolutionary Biology. V. 36. № 1. P. 157–170.
  32. Pavlinov I.Ya., 2011. Morphological disparity: an attempt to widen and to formalize the concept // Pavlinov I. Ya. (ed.), Research in biodiversity: models and applications. Rijeka: InTech Open Access. P. 341–364.
  33. Pavlinov I.Ya., 2022. Variation and correlation of the molar crown elements in the genus Ondatra (Rodentia, Arvicolinae) // Russian Journal of Theriology. V. 21. № 2. P. 139–145.
  34. Pavlinov I.Ya., Nanova O.G., Lissovsky A.A., 2008. Correlation structure of the cheek teeth in the polar fox (Alopex lagopus, Canidae) // Zool. Zh. (Moscow). V. 87. № 7. P. 862–875.
  35. Pavlinov I.Ya., Spasskаya N.N., 2021. Correlation structure of the cheek teeth enamel crown patterns in the genus Equus (Mammalia: Equidae): an analysis by geometric morphometrics with outline points // Russian Journal of Theriology. V. 20. № 1. P. 70–81.
  36. Polly P.D., 1998. Variability in mammalian dentitions: size-related bias in the coefficient of variation // Biological Journal of the Linnean Society. V. 64. № 1. P. 83–99.
  37. Puzachenko A.Yu., Korablev N.P., 2016. Allometry of the skull in one autochthonous and two reintroduced populations of Eurasian beavers (Castor fiber, Castoridae, Rodentia) // Russian Journal of Theriology. V. 15. № 1. P. 28–33.
  38. Rohlf F.J., 1996. Morphometric spaces, shape components and the effect of linear transformations // Marcus L., Corti M., Loy A., Slice D. (eds). Advances in morphometrics. New York: Plenum Press. P. 131–152.
  39. Rohlf F.J., 2017. tpsDig2 ver. 2.31. New York: State University at Stony Brook (software).
  40. Rohlf F.J., 2019. tpsUtil ver. 1.78. New York: State University at Stony Brook (software).
  41. Rohlf F.J., 2019a. TPSrelw32: relative warps, version 1.7. New York: State University at Stony Brook (software).
  42. Rostova N.S., 2002. Korrelyztsyi: struktura i izmenchivost’ [Correlations: structure and variability]. St. Petersburg: St. Petersburg University Publ. 307 p.
  43. Ruf I., Schubert A.M., Koenigswald W., 2020. Case studies on functional aspects and constraints in early and late tooth ontogeny // Martin T., Koenigswald W. (eds). Mammalian teeth – form and function. München: Verlag Dr. Friedrich Pfeil. P. 102–124.
  44. Scarano A.C., Vera B., 2017. Geometric morphometric analysis as a proxy to evaluate age-related change in molar shape variation of low-crowned Notoungulata (Mammalia) // Journal of Morphology. V. 279. № 2. P. 216–227.
  45. Shrader-Frechette K., 2008. Statistical significance in biology: neither necessary nor sufficient for hypothesis acceptance // Biological Theory. V. 3. № 1. P. 12–16.
  46. StatSoft Inc., 2012. STATISTICA (Data Analysis Software System), Version 12. Hamburg: StatSoft Europe (software).
  47. Terentiev P.V., 1959. A method of correlation pleiades // Vestnik Leningradskogo Universiteta. № 9. P. 137–141.
  48. Van Valen L., 1965. Morphological variation and width of ecological niche // The American Naturalist. V. 99. № 2. P. 377–390.
  49. Vasil’ev A.G., Vasil’eva I.A., Shkurikhin A.O., 2018. Geometricheskaya morfometriya: ot teorii k praktike [Geometric morphometrics: from theory to practice]. Moscow: KMK Sci. Press. 471 p.
  50. Wasserstein R.L., Schirm A.L., Lazar N.A., 2019. Moving to a world beyond “p < 005” // Journal of the American Statistical Association. V. 73. Supl. 1. P. 1–19.
  51. Wolsan M., Suzuki S., Asahara M., Motokawa M., 2019. Dental integration and modularity in pinnipeds // Scientific Reports. V. 9. № 4184. P. 1–13.
  52. Young N.M., 2008. A comparison of the ontogeny of shape variation in the anthropoid scapula: functional and phylogenetic signal // American Journal of Physical Anthropology. V. 136. № 3. P. 247–264.
  53. Zelditch M., Swiderski D., Sheets D.H., Fink W., 2004. Geometric morphometrics for biologists. Elsevier: Acad. Press. 437 p.
  54. Yablokov A.V., 1974. Variability of mammals. New Dehi: Amerind Publ. 350 p.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Figure 1. Typical configurations of the upper cheek teeth crown surface in different age groups of Castor (schematically). Standard designations: juv, sad, ad – juveniles, subadults, and adults; dP4/P4 and M1–3 – teeth in the tooth row.

Скачать (221KB)
Метаданные
3. Figure 2. Recognition and nomenclature of the upper dental crown elements in Castor. The analyzed crown elements (flexi) are marked with bold contour lines, with the gaps marking their boundaries. Element designations: Hyf – hypoflexus, Mef – metaflexus, Paf – paraflexus, Pof – posteroflexus. In each designation, the first part refers to a particular tooth (here M1), figure indicates the number of semilandmarks for respective contour lines.

Скачать (87KB)
Метаданные
4. Figure 3. Three principal kinds of frequency distributions of the correlations between dental crown elements in the combined age group: a – symmetrical unimodal (M3-Pof), b – asymmetrical unimodal (M2-Paf), c – bimodal (M3-Hyf).

Скачать (202KB)
Метаданные
5. Figure 4. Phenograms illustrating correlation patterns of dental crown elements in different age groups. Designations of the crown elements as in fig. 2.

Скачать (206KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024