WikiDer > Morphometrie

Morfometrie
Morphometrische Studie von Albrecht Dürer

Morphometrie ist das Studium von Form und Größe.

Das Studiengebiet umfasst Methoden zur numerischen Bestimmung der Form und Größe des untersuchten Objekts durch Messung sowie die mathematische Verarbeitung dieser Messergebnisse. Morphometrie gehört in der Biologie schon lange zur Beschreibung von Arten, doch die Digitalisierung von Gesellschaft und Wissenschaft hat ihr einen neuen Impuls gegeben. Biometrie kann als angewandte Form der Morphometrie angesehen werden.

Das Interesse an der Beziehung zwischen Form und Funktion ist alt und nicht unbedingt auf die Biologie beschränkt. Sie beschäftigten sich auch mit Kunst. Albrecht Dürer (1471-1528) untersuchte bereits die Mimik des Menschen, die er in Maße umzuwandeln versuchte, und später führten solche Überlegungen zu den Spekulationen der Physiognomie. Heute kann die Morphometrie jedoch hauptsächlich als Teilgebiet der Biologie betrachtet werden.

Sehenswürdigkeiten

Die Sehenswürdigkeiten auf einer Stange

Eine wichtige Methode der Morphometrie - in Anlehnung an Dürers Versuch - besteht darin, Landmarken am Körper einzelner Organismen zu bestimmen und die gegenseitigen Abstände dieser Punkte oder deren Koordinaten im kartesischen Raum zu messen.[1] Diese Orientierungspunkte müssen eine Reihe von Kriterien erfüllen, um richtige Vergleiche zu ermöglichen. Sie sind oft einzigartige, markante Punkte wie der Augenwinkel, die Nasenspitze, die am weitesten vom Mund entfernte Stelle des Kiemendeckels usw.

In der Morphometrie wird oft zwischen diesen „echten“ Landmarken und Halb-Landmarken unterschieden, die gewählt werden können, um den Raum zwischen ihnen auszufüllen.

Die Rolle der Mathematik

Diese Messungen ergeben zunächst nur eine lange Zahlenreihe, deren Übersicht schnell verloren geht. Es gab Listen mit Schwanzlängen, Flügelspannweiten, Schnabellängen, Schenkellängen und Rumpflängen, die nur schwer zu verwenden waren.

Dank der Digitalisierung lassen sich die großen Messdatenmengen mit einer Reihe statistischer und mathematischer Verfahren verarbeiten, wie z Hauptkomponentenanalyse, Einzelwertzerlegung, kanonische Korrespondenzanalyse, partielle Regression oder andere multivariate statistische Methoden. Diese Erweiterung der Morphometrie wird aufgerufen, um sie von den klassischen Messungen zu unterscheiden geometrische Morphometrie erwähnt. Unter diesem Gesichtspunkt könnte die geometrische Morphometrie auch am besten als ein Zweig der angewandten Statistik betrachtet werden.[1]

Viele morphometrische Daten sind stark miteinander korreliert. Ist der Mund größer, ist oft auch die Körperlänge größer. Diese beiden Messungen liefern daher nur sehr bedingt unabhängige Informationen. Die Hauptkomponentenanalyse entfernt diese Korrelation, verwendet die Redundanz, um die Genauigkeit zu verbessern, und liefert einen mathematischen Auszug der zugrunde liegenden Unterschiede. Eine graphische Darstellung der ersten beiden Hauptkomponenten gegeneinander zeigt oft die wesentlichen Unterschiede zwischen zwei oder mehr Arten.[1]

Die Rolle der Mathematik in der geometrischen Morphometrie beschränkt sich jedoch nicht nur auf die Statistik als sekundäre Hilfstechnik zur numerischen Verarbeitung der Messdaten. Vielmehr bietet die Mathematik einen Leitfaden, wie die Messungen sinnvoll und effektiv durchzuführen sind. Es ist die Mathematik (und nicht nur die Statistik), die sinnvolle Antworten auf Fragen wie:

  1. Was genau ist „Form“?
  2. Wie messen wir am besten eine Form?
  3. Was ist der Unterschied zwischen einem echten Wahrzeichen und einem halben Wahrzeichen?
  4. Wie kann die Biegetheorie angewendet werden, um Halb-Landmarken zu überlagern?

Ein Lehrbuch der geometrischen Morphometrie enthält daher eine beträchtliche Menge an Mathematik.[1]

Das Ziel

Gehirnmorphometrie vs. Dominanz

Das Ziel morphometrischer Forschung ist oft, einen Eindruck davon zu bekommen, wie sich Form und Größe in einer Population oder einer Art ändern und diese mit anderen Arten zu vergleichen, um sich entwickelnde Arten voneinander zu unterscheiden. Ein gutes Beispiel dafür ist die Untersuchung der Unterschiede in der Population der Bienenarten Apis cerana und Apis nigrocincta von Damus und Otis.[2]

Ein weiteres Ziel könnte die Ontogenese einer Art: wie sich die Form ändert, wenn ein Organismus wächst und altert. Eine solche Studie wurde beispielsweise zum goldener Piranha.

Eine weitere Anwendung ist die Untersuchung der Gehirnmorphologie, um beispielsweise die Dominanz in einer Affengemeinschaft zu korrelieren. Das ist an Makaken angewendet.[3]