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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
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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
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