Studio della forma Dr Corrado Costa Università di Roma “La Sapienza” – Zoogeografia – 28 23 Aprile 2014 2012 La Forma Aristotele (384 - 322a.C.) definiva la bellezza (kalliste) come ordine, ripetizione delle misure (simmetria) ed esattezza (Metaphysica XIII, M, iii). Nel Liber Abaci (1202), Fibonacci espone i fondamenti di algebra e matematica usati nei paesi Arabi, fornendo l’occasione per l’introduzione della serie numerica che oggi porta il nome del matematico pisano e che si riscontra in numerosi esempi in natura. Tra questi, l’approssimazione del Rapporto Aureo. Università di Roma “La Sapienza” – Zoogeografia – 28 Aprile 2014 La Forma Nessuna humana investigazione si pio dimandara vera scienzia s'essa non passa per le matimatiche dimonstrazione. Leonardo da Vinci (1452-1519) Gli studi di Leonardo Da Vinci sul corpo umano hanno indicato come Rapporto Aureo il rapporto esteticamente più piacevole tra le lunghezze del corpo umano (ad esempio tronco/gambe). Michelangelo - Cappella Sistina (1508-1512), utilizza il rapporto aureo per il suo affresco Albrecht Durer nel 1528 tenta di rappresentare graficamente la “deformazione” di ogni individuo osservato rispetto all’ideale assunto a forma di riferimento attraverso griglie di deformazione Università di Roma “La Sapienza” – Zoogeografia – 28 Aprile 2014 La Forma Lo studio della forma può essere meramente descrittivo, o può diventare analitico. Si incomincia a descrivere la forma di un oggetto con parole semplici; si finisce con il definirla attraverso il preciso linguaggio matematico. (D'Arcy Thompson - 1915) D’Arcy Wentworth Thompson (1860-1948), da naturalista, nel suo trattato “On growth and form” (1917) applica il discorso alle forme biologiche, costruendo delle griglie di trasformazione, in cui sono delle distorsioni dei piani cartesiani a rappresentare le deformazioni di un individuo in un altro, o di una specie in un’altra. Costa C. 2004. Lo studio della forma in ittiologia: Morfometria geometrica e analisi dei profili. Ph.D. Thesis in Evolutionary Biology and Ecology Univ. Rome Tor Vergata. 177 p. Università di Roma “La Sapienza” – Zoogeografia – 28 Aprile 2014 La Forma biologica La forma è uno dei più importanti concetti che esistono nelle scienze biologiche Tutte le forme biologiche consistono in un gran numero di aspetti comuni che includono la taglia, la configurazione, il colore, la disposizione, ecc. La descrizione e l’analisi della forma sono stati da sempre gli strumenti più immediati per lo studio degli organismi viventi e per la loro classificazione. Anche nella classificazione dimensionale, forma e colori sono le ragioni per cui distinguiamo una specie dall’altra vedendola. Da qui nascono due esigenze: Rappresentare la forma e le sue variazioni graficamente e geometricamente Misurare la forma, analizzandola quindi in modo quantitativo Università di Roma “La Sapienza” – Zoogeografia – 28 Aprile 2014 Le tecniche morfometriche La Morfometria La morfometria si definisce come lo studio quantitativo della variazione delle forme biologiche. L’obiettivo non è costituito dallo studio della forma in sé, ma, piuttosto, dalla relazione tra forme diverse, nel tentativo ultimo di identificare e quantificare tali relazioni e tentare di definire le cause e gli effetti di tali modificazioni. Morfometria tradizionale Tecniche morfometriche Morfometria geometrica Analisi dei profili Università di Roma “La Sapienza” – Zoogeografia – 28 Aprile 2014 Le tecniche morfometriche Acquisire una forma (sensore) Estrarne le informazioni (dall’immagine alle tecniche morfometriche) Analizzarle statisticamente (tecniche statistiche) Costa C, Antonucci F, Pallottino F, Aguzzi J, Sun DW, Menesatti P, 2011. Shape analysis of agricultural products: a review of recent research advances and potential application to computer vision. FOOD AND BIOPROCESS TECHNOLOGY, 4: 673-692. Università di Roma “La Sapienza” – Zoogeografia – 28 Aprile 2014 Le tecniche morfometriche La Morfometria tradizionale E’ basata sulla misura di lunghezze prestabilite o rapporti tra esse. Consente la quantificazione della variazione della forma attraverso le analisi statistiche. Università di Roma “La Sapienza” – Zoogeografia – 28 Aprile 2014 Le tecniche morfometriche La Morfometria Geometrica E’ basata su punti di omologia biologica e strutturale (landmark). Il posizionamento di landmark è un operazione pressoché manuale Consente la visualizzazione della variazione localizzata della forma attraverso gli splines. Consente la quantificazione della variazione della forma attraverso le analisi statistiche. Consente di mettere in relazione variabili esterne e forma Università di Roma “La Sapienza” – Zoogeografia – 28 Aprile 2014 Le tecniche morfometriche L’Analisi dei Profili L’analisi dei profili viene utilizzata o quando non è possibile ottenere un discreto numero di landmarks o quando si vuole automatizzare l’estrazione delle informazioni. Tra le tecniche principali ci sono quelle basate sulla trasformata di Fourier, sull’equazione di Bezier o su wavelet transform. Consente la visualizzazione della variazione globale della forma. Consente la quantificazione della variazione della forma attraverso le analisi statistiche. Consente di estrarre equazioni che possono essere utilizzate come descrittori tassonomici sintetici. Università di Roma “La Sapienza” – Zoogeografia – 23 Aprile 2012 CASI DI STUDIO Università di Roma “La Sapienza” – Zoogeografia – 23 Aprile 2012 Latterini Università di Roma “La Sapienza” – Zoogeografia – 23 Aprile 2012 Latterini Università di Roma “La Sapienza” – Zoogeografia – 28 Aprile 2014 Latterini Antonucci F, Boglione C, Cerasari V, Caccia E, Costa C, 2012. External shape analyses in Atherina boyeri (Risso, 1810) from different environments. ITALIAN JOURNAL OF ZOOLOGY, 79: 60-68 Università di Roma “La Sapienza” – Zoogeografia – 23 Aprile 2012 Vongole Tapes philippinarum introdotta a Goro nei primi anni ’60 e nella laguna di Venezia nel 1973 e da li diffusa (anche per scopi commerciali) in tutto il Mediterraneo Tapes decussatus T. decussatus recentemente migrata dal Mediterraneo nella parte Nord del Mar Rosso Università di Roma “La Sapienza” – Zoogeografia – 23 Aprile 2012 Tapes philippinarum Vongole Tapes decussatus Università di Roma “La Sapienza” – Zoogeografia – 23 Aprile 2012 Vongole Università di Roma “La Sapienza” – Zoogeografia – 23 Aprile 2012 Vongole differenze tra specie simili Tapes decussatus Tapes philippinarum Università di Roma “La Sapienza” – Zoogeografia – 28 Aprile 2014 Vongole PLSDA SIMCA Costa C, Aguzzi J, Menesatti P, Antonucci F, Rimatori V, Mattoccia M, 2008. Shape analysis of different populations of clams in relation to their geographical structure. JOURNAL OF ZOOLOGY, 276: 71-80. Università di Roma “La Sapienza” – Zoogeografia – 28 Aprile 2014 Otoliti Università di Roma “La Sapienza” – Zoogeografia – 23 Aprile 2012 Otoliti Capoccioni F, Costa C, Aguzzi J, Menesatti P, Lombarte A, Ciccotti E, 2011. Ontogenetic and environmental effects on otolith shape variability in three Mediterranean European eel (Anguilla anguilla, L.) populations. JOURNAL OF EXPERIMENTAL MARINE BIOLOGY AND ECOLOGY, 397: 1–7 Università di Roma “La Sapienza” – Zoogeografia – 23 Aprile 2012 Salamandrine Università di Roma “La Sapienza” – Zoogeografia – 23 Aprile 2012 Salamandrine Università di Roma “La Sapienza” – Zoogeografia – 28 Aprile 2014 Salamandrine Intra-popolazione - Colorazione comune 100% 75% Università di Roma “La Sapienza” – Zoogeografia – 28 Aprile 2014 Salamandrine 88.8% corretta classificazione inter-popolazionale (modello PLSDA Costa C, Angelini C, Scardi M, Menesatti P, Utzeri C, 2009. Using image analysis on the ventral colour pattern in Salamandrina perspicillata (Savi, 1821) (Amphibia, Salamandridae) to discriminate among populations. BIOLOGICAL JOURNAL OF THE LINNEAN SOCIETY, 96: 35-43. Università di Roma “La Sapienza” – Zoogeografia – 28 Aprile 2014 Softwares da scaricare http://life.bio.sunysb.edu/morph/ Software Università di Roma “La Sapienza” – Zoogeografia – 28 Aprile 2014 Softwares da scaricare http://life.bio.sunysb.edu/morph/ Data acquisition – tpsDIG2 Utility programs - tpsUtil & Thin-plate spline – tpsRegr, tpsRelw Università di Roma “La Sapienza” – Zoogeografia – 28 Aprile 2014 Softwares da scaricare http://life.bio.sunysb.edu/morph/ Software SCARICARE E ISTALLARE Data acquisition – tpsDIG2 http://life.bio.sunysb.edu/morph/morphmet/tpsdig2w32.exe Utility programs – tpsUtil http://life.bio.sunysb.edu/morph/morphmet/tpsutilw32.exe Thin-plate spline tpsRegr http://life.bio.sunysb.edu/morph/morphmet/tpsregrw32.exe tpsRelw http://life.bio.sunysb.edu/morph/morphmet/tpsrelww32.exe Università di Roma “La Sapienza” – Zoogeografia – 28 Aprile 2014
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