Identifying tooth position of isolated teeth of sparassodonts (Mammalia: Metatheria) using geometric morphometrics
Plain Language Abstract
Mammal teeth can provide a wealth of paleontological information, including details about a mammal’s diet and evolutionary relationships and often form the basis for naming new species. Teeth are most useful when their precise position within the jaw (tooth locus) can be identified, as this allows for direct comparisons between species. Tooth position is usually easy to determine when teeth are found attached to a jaw bone, but it is more difficult to determine when teeth are collected as isolated elements, as often occurs in screen-washing or surface collecting. The problem of identifying tooth position is exacerbated in groups such as marsupials and their relatives, which have three to four molar teeth that are quite similar to one another.
In this study, we collected shape information from 119 individual teeth of South American sparassodonts – extinct, meat-eating mammals closely related to modern marsupials – to determine whether the shape of a tooth can be used to determine whether it represents a first, second, or third molar. Using this information, we created a mathematical tool for sorting sparassodont molars by tooth position. As a case study, we then used this tool to infer the positions of several isolated sparassodont teeth that may represent new species. Our tool was able to determine the position of these teeth with high likelihood, which will make it possible to undertake detailed studies of their evolutionary relationships in the future.
Resumen en Español
Identificación de la posición de dientes aislados de esparasodontes (Mammalia: Metatheria) usando morfometría geométrica
Los dientes aislados constituyen gran parte del registro fósil de mamíferos. El valor científico de estos especímenes se maximiza cuando se puede identificar su locus específico, lo que permite comparaciones precisas con especímenes más completos. Sin embargo, identificar la posición de los dientes puede ser un desafío, particularmente en metatherios, ya que estos animales tienen múltiples lugares ocupados por molares (M1-3/m1-4) que generalmente difieren solo en aspectos relativamente sutiles. En este estudio, usamos morfometría geométrica para analizar los tres primeros molares superiores (M1-3) del clado metaterio Sparassodonta para determinar si es posible clasificar los dientes aislados en locus usando un análisis discriminante lineal. Los análisis discriminantes arrojan altas tasas de reclasificación de validación cruzada del 72-83% y clasifican varios especímenes de locus desconocido con altas probabilidades posteriores, lo que sugiere que pueden usarse para identificar con confianza la posición de los dientes en metatherios. Las características morfológicas que mejor distinguen la posición de los dientes entre sí son la forma de la plataforma estilar y el desarrollo del ectoflexo y el lóbulo paraestilar. Específicamente, el lóbulo paraestilar es labiolingualmente más estrecho que el ancho de la plataforma estilar en el punto medio del diente en M1, igual en ancho en M2 y mayor que el ancho en M3, formando un ectoflexo. Nuestro estudio proporciona un conjunto de datos morfométricos de acceso abierto que otros investigadores pueden usar para determinar la posiicón de los dientes aislados de esparasodontes, como los que se recolectan mediante el lavado en tamices o la recolección en superficie.
Palabras clave: morfometría geométrica; análisis discriminante; esparasodonta; marsupialia; dentición
Traducción: Francesco Gascó (Grupo de Biología Evolutiva, UNED y Sociedad Española de Paleontología)
Deutsche Zusammenfassung
Identifizierung der Zahnposition isolierter Zähne von Sparassodonten (Mammalia: Metatheria) mit Hilfe Geometrischer Morphometrie
Isolierte Zähne machen einen großen Teil im Fossilnachweis der Säugetiere aus. Der wissenschaftliche Wert dieser Stücke wird maximiert, wenn ihr spezifischer Locus identifiziert werden kann, was präzise Vergleiche mit vollständigeren Exemplaren ermöglicht. Die Identifizierung des Zahn-Locus kann sich jedoch als schwierig erweisen, insbesondere bei Beuteltieren, da diese mehrere Molaren-Loci (M1-3/m1-4) haben, die sich in der Regel nur in relativ subtilen Punkten unterscheiden. In dieser Studie verwenden wir Geometrische Morphometrie zur Analyse der ersten drei oberen Molaren (M1-3) der Beuteltier-Klade Sparassodonta, um festzustellen, ob es möglich ist, isolierte Zähne mit Hilfe der linearen Diskriminanzanalyse nach Locus zu klassifizieren. Diskriminanzanalysen liefern hohe Kreuzvalidierungs-Reklassifizierungsraten von 72-83% und klassifizieren mehrere Exemplare mit unbekanntem Locus mit hohen posterioren Wahrscheinlichkeiten. Das deutet darauf hin, dass sie zur sichern Identifizierung des Zahn-Locus bei Beuteltieren verwendet werden können. Die morphologischen Merkmale, die die Zahn-Loci am besten voneinander unterscheiden, sind die Form der Stylarplatte und der Aufbau des Ektoflexus und des Parastylarlobus. Insbesondere ist der Parastylarlobus labiolingual schmaler als die Breite der Stylarplatte in der Mitte des Zahns auf M1, gleich breit auf M2 und größer als die Breite auf M3, wodurch ein Ektoflexus entsteht. Unsere Studie stellt einen frei zugänglichen morphometrischen Datensatz zur Verfügung, den andere Forscher nutzen können, um Zahn-Loci isolierter sparassodonter Zähne zu bestimmen, wie z. B. solche, die durch Siebwäsche oder Oberflächenaufsammeln gesammelt wurden.
Schlüsselwörter: Geometrische Morphometrie; Diskriminanzanalyse; Sparassodonta; Marsupialia; Bezahnung
Translator: Eva Gebauer
Arabic
Translator: Ashraf M.T. Elewa
Polski
Identyfikacja położenia izolowanych zębów sparassodontów (Mammalia: Metatheria) za pomocą morfometrii geometrycznej
Izolowane zęby stanowią większość skamieniałości ssaków. Wartość naukowa tych okazów jest ceniona, gdy można zidentyfikować ich położenie, co pozwala na precyzyjne porównanie z pełniejszymi okazami. Jednak identyfikacja locus zęba bywa trudna, szczególnie u torbaczy, ponieważ zwierzęta te mają wiele loci trzonowców (M1-3/m1-4), które zazwyczaj różnią się jedynie względnie subtelnymi cechami. W tym badaniu wykorzystujemy morfometrię geometryczną do analizy pierwszych trzech górnych trzonowców (M1-3) kladu ssaków niższych Sparassodonta, aby określić, czy możliwe jest zaklasyfikowanie izolowanych zębów do określonego locus przy użyciu liniowej analizy dyskryminacyjnej. Analizy dyskryminacyjne dają wysokie wskaźniki reklasyfikacji w ramach walidacji krzyżowej wynoszące 72-83% i klasyfikują kilka próbek nieznanego locus z wysokim prawdopodobieństwem a posteriori, co sugeruje, że można je wykorzystać do pewnej identyfikacji locus zębów u saków niższych. Cechami morfologicznymi, które najlepiej odróżniają loci zębów od siebie, są kształt listewek styli oraz rozwój płata ektoflexux i parastylu. W szczególności, płat parastylu jest wargowo węższy niż szerokość listewki stylu w środku zęba M1, a równy szerokości na zębie M2 i większy niż szerokość na M3, tworząc ektoflexus zewnętrzny. Nasze badanie dostarcza ogólnodostępnego zestawu danych morfometrycznych, który inni badacze mogą wykorzystać do określenia lokalizacji izolowanych zębów sparassodonta, takich jak okazy zebrane w czasie płukania lub zbierane z powierzchni.
Słowa kluczowe: morfometria geometryczna; analiza dyskryminacyjna; sparassodonta; Marsupialia; uzębienie
Translator: Krzysztof Stefaniak
Russian
Определение положения изолированных зубов спарассодонтов (Mammalia: Metatheria) с использованием геометрической морфометрии
Изолированные зубы составляют большую часть палеонтологической летописи млекопитающих. Научная ценность этих образцов максимально возрастает, когда можно определить их конкретное местоположение, что позволяет провести точное сравнение с более полными образцами. Однако идентификация места расположения зубов может быть сложной задачей, особенно у метатерий, поскольку эти животные имеют несколько локусов моляров (M1-3/m1-4), которые обычно различаются лишь в относительно тонких аспектах. В этом исследовании мы используем геометрическую морфометрию для анализа первых трех верхних моляров (M1-3) представителей клады Sparassodonta, чтобы определить, можно ли классифицировать изолированные зубы по локусу с помощью линейного дискриминантного анализа. Дискриминантный анализ дает высокие показатели реклассификации перекрестной проверки 72-83% и классифицирует несколько образцов неизвестного локуса с высокой апостериорной вероятностью, предполагая, что их можно использовать для уверенной идентификации локуса зуба у метатериев. Морфологическими признаками, которые лучше всего отличают локусы зубов друг от друга, являются форма стилярной полки и развитие эктофлексуса и парастилярной доли. В частности, парастилярная лопасть лабиолингвально уже ширины стилярной полки в середине зубца на М1, равна по ширине таковой на М2 и больше ширины на М3, образуя эктофлексус. Наше исследование предоставляет набор морфометрических данных, который другие исследователи могут использовать для определения локусов зубов спарассодонтов, собранных путем промывки или сбора с поверхности.
Ключевые слова: геометрическая морфометрия; дискриминантный анализ; Sparassodonta; Marsupialia; зубной ряд
Translator: Oleksandr Kovalchuk
Ukrainian
Визначення положення ізольованих зубів спарассодонтів (Mammalia: Metatheria) з використанням геометричної морфометрії
Ізольовані зуби становлять більшу частину палеонтологічного літопису ссавців. Наукова цінність цих зразків максимально зростає, коли можна визначити їхнє конкретне місце розташування, що дозволяє провести точне порівняння з більш повними зразками. Однак ідентифікація місця розташування зубів може бути складним завданням, особливо у метатеріїв, оскільки ці тварини мають кілька локусів молярів (M1-3/m1-4), які зазвичай відрізняються лише у відносно тонких аспектах. У цьому дослідженні ми використовуємо геометричну морфометрію для аналізу перших трьох верхніх молярів (M1-3) представників клади Sparassodonta, щоб визначити, чи можна класифікувати ізольовані зуби по локусу за допомогою лінійного дискримінантного аналізу. Дискримінантний аналіз дає високі показники рекласифікації перехресної перевірки 72-83% та класифікує кілька зразків невідомого локусу з високою апостеріорною ймовірністю, припускаючи, що їх можна використовувати для впевненої ідентифікації локусу зуба у метатеріїв. Морфологічними ознаками, які найкраще відрізняють локуси зубів один від одного, є форма стилярної полиці та розвиток ектофлексусу та парастилярної долі. Зокрема, парастилярна лопать лабіолінгвально вужча за ширину стилярної полиці в середині зубця на М1, дорівнює ширині такої на М2 і більше ширини на М3, утворюючи ектофлексус. Наше дослідження надає набір морфометричних даних, що інші дослідники можуть використовувати для визначення локусів ізольованих зубів спарассодонтів, зібраних шляхом промивання породи або збору їх із поверхні.
Ключові слова: геометрична морфометрія; дискримінантний аналіз; Sparassodonta; Marsupialia; зубний ряд
Translator: Oleksandr Kovalchuk
Chinese
应用几何形态测量鉴别袋犬类(哺乳纲: 后兽下纲)分散牙齿化石的齿位
哺乳动物化石记录的大部分是分散保存的牙齿。当这些标本的特定位点可以确定时，其科研价值就会最大化，因为在这种情况下才可以将它们与更完整的标本进行精确比较。然而，识别牙齿位点，尤其是后兽类，可能具有挑战性，因为这些动物有多个臼齿位点 (M1-3/m1-4)且其通常仅有相对细微的特征差异。我们利用几何形态测量学分析后兽演化支袋犬目的前三个上臼齿 (M1-3)，以确定是否可以利用线性判别分析判定分散牙齿的位点。判别分析返回72-83%的高交叉验证重新分类率，并对几个位点未知的标本进行具有高后验概率的分类。结果表明判别分析可用于识别后兽类牙齿位点。最能用于区分牙齿位点的形态特征是外架形状以及臼齿凹和前附尖的发育。具体来说，M1上的前附尖在唇舌位处比在牙齿中点处的外架宽度要窄，与其在M2上宽度相等，但大于在M3上的宽度，形成臼齿凹。我们的研究提供了一个可以开放获取的形态测量数据集，以利其他研究人员用来确定袋犬类动物分散牙齿的齿位，例如那些通过筛选清洗或表面采集收集的牙齿。
关键词：几何形态测量；判别分析；袋犬目；有袋类；齿列
Translator: Hongshan Wang
French
Identification du locus dentaire d’une dent isolée de sparassodont (Mammalia : Metatheria) par morphométrie géométrique.
Les dents isolées forment une grande partie du registre fossilifère des mammifères. La valeur scientifique de ces spécimens est maximisée lorsque leur locus peut être identifié, ce qui permet des comparaisons précises avec des spécimens plus complets. Cependant, identifier le locus d’une dent peut se révéler difficile, particulièrement chez les métathériens, car ces animaux ont plusieurs loci de molaires (M1-3/m1-4) qui diffèrent seulement par des détails subtils. Dans cette étude, nous utilisons la morphométrie géométrique pour analyser les trois premières molaires (M1-3) des Sparassodonta, un clade de métathériens, pour déterminer s’il est possible de classer selon leur locus des dents isolées grâce à de l’analyse discriminante linéaire. L’analyse discriminante a un taux élevé de validation croisée de 72-83% et classe plusieurs spécimens de loci inconnus avec de hautes probabilités postérieures, suggérant que ces analyses discriminantes peuvent être utilisées pour identifier des loci dentaires de métathériens. Les traits morphologiques distinguant le plus les loci dentaires les uns des autres sont la forme de la plate-forme stylaire et le développement de l’ectoflexus et du lobe parastylaire. Plus précisément, le lobe parastylaire est plus étroit que la plate-forme stylaire dans l’axe labio-lingual au milieu de la dent sur M1, égal pour M2 et plus large sur M3, formant un ectoflexus. Notre étude fournit un jeu de données morphométriques en accès libre que d’autres chercheurs peuvent utiliser pour déterminer le loci de dents de sparassodontida isolées, comme ceux collectés par lavage-tamisage ou ramassage en affleurement.
Mots-clés : morphométrie géométrique ; analyse discriminante ; Sparassodonta ; Marsupialia ; dentition
Translator: Denis Audo
