Outline analysis as a new method for investigating development in fossil crabs
Plain Language Abstract
Getting information from fossils can be difficult because often only the outermost layer of the animal is preserved. Therefore, a set of tools, called “Geometric morphometrics”, is often used when studying fossils. These tools include taking measurements and comparing the shape of fossils. To compare the shape of one fossil with another, one can use the outline of a structure. Here, we study the development of fossils using outlines. We created a pipeline, using outline analysis and a mathematical classification model, which orders data points based on different criteria. We use the living European shore crab to test this pipeline. We then test the pipeline, using a case of a fossil, which was first thought to be an adult, but recently discovered to be a juvenile fossil crab. We find, that in the first test, this pipeline works well in sorting the data correctly. In the second test, it was less efficient. Furthermore, the European shore crab shows a clear visual difference between juveniles and adults.
Resumen en Español
El análisis de contornos como nuevo método para investigar el desarrollo en cangrejos fósiles
La morfometría geométrica ofrece varios métodos que se utilizan a menudo en el análisis de especímenes fósiles, debido a la naturaleza morfológica del espécimen. Uno de tales métodos, el análisis de contornos, puede aplicarse para comparar la forma de los especímenes en diversos contextos. En este caso, utilizamos el análisis de contornos para investigar las etapas de desarrollo de especímenes fósiles. Utilizamos el cangrejo verde europeo para testar un proceso en el que el análisis elíptico de Fourier y el análisis discriminante se utilizan para proporcionar una interpretación objetiva de la etapa de desarrollo de los especímenes. A continuación, ponemos a prueba el proceso utilizando el caso de un cangrejo fósil juvenil recientemente redescrito (Liocarcinus oligocenicus). Comprobamos que este proceso funciona bien a la hora de identificar estadios de desarrollo en conjuntos de datos sin variación filogenética. Sin embargo, es menos eficiente cuando aumenta el ruido en los conjuntos de datos. Además, Carcinus maenas presenta una clara separación morfológica entre juveniles y adultos.
Palabras clave: Carcinus; Clasificación; morfometría geométrica; Liocarcinus; Malacostraca; ontogenia.
Traducción: Juan Antonio Pérez-Claros. Departamento de Ecología y Geología, Facultad de Ciencias, Universidad de Málaga
Deutsche Zusammenfassung
Umrissanalyse als eine neue Methode zur Untersuchung des Entwicklungsstadiums in fossilen Krebsen
Die geometrische Morphometrie umfasst verschiedene Methoden, die häufig benutzt werden um Fossilien zu untersuchen, da diese oft nur morphologische Informationen enthalten. Eine dieser Methoden, die Umrissanalyse, kann benutzt werden um die Umrisse verschiedener Fossilien in verschiedenen Zusammenhängen zu vergleichen. In dieser Arbeit benutzen wir Umrissanalysen um das Entwicklungsstadium fossiler Krabben zu untersuchen. Wir benutzen die Gemeine Strandkrabbe um eine Methode zu testen, bei welcher elliptische Fourier Analyse und lineare Diskriminanten Analyse benutzt werden um eine objektive Interpretation des Entwicklungsstadiums von Krabben zu erhalten. Anschließend testen wir die Methode anhand eines Beispiels einer kürzlich neu beschriebenen juvenilen fossilen Krabbe (Liocarcinus oligocenicus). Es ergibt sich, dass in Datensätzen mit geringer phylogenetischer Variation die Methodik gut funktioniert. Sie ist aber weniger effizient bei der Untersuchung von Datensätzen mit höherer Variation. Zudem zeigt Carcinus maenas eine klare morphologische Trennung zwischen juvenilen und adulten Tieren.
Schlüsselwörter: Carcinus; Klassifizierung; geometrische Morphometrie; Liocarcinus; Malacostraca; Ontogenie
Translator: Authors
Arabic
Translator: Ashraf M.T. Elewa
Polski
Analiza zarysu jako nowa metoda badania rozwoju krabów kopalnych
Morfometria geometryczna oferuje różne metody, które są często stosowane w analizie okazów kopalnych ze względu na morfologiczną naturę okazu. Jedną z tych metod, analizę konturu, można zastosować do porównania kształtu okazów w różnych kontekstach. W tym przypadku używamy analizy zarysu w celu zbadania stadiów rozwojowych okazów kopalnych. Wykorzystujemy współczesnego europejskiego kraba przybrzeżnego do testowania lamówki, gdzie wykorzystuje się eliptyczną analizę Fouriera i analizę funkcji dyskryminacyjnych, aby zapewnić obiektywną interpretację etapu rozwojowego okazu. Następnie testujemy lamowkę na przykładzie niedawno opisanego na nowo młodocianego kraba kopalnego (Liocarcinus oligocenicus). Odkryliśmy, że w zbiorach danych bez zmienności filogenetycznej analliza ta dobrze sprawdza się w identyfikowaniu stadiów rozwojowych. Jest jednak mniej wydajna, gdy w zbiorach danych wzrasta poziom szumu. Ponadto Carcinus maenas wyraża wyraźną morfologiczną separację między osobnikami młodocianymi i dorosłymi.
Słowa kluczowe: Carcinus; klasyfikacja; morfometria geometryczna; Liocarcinus; Malacostraka; ontogeneza
Translator: Krzysztof Stefaniak
Ukrainian
Контурний аналіз як новий метод дослідження розвитку викопних крабів
Геометрична морфометрія пропонує різні методи, які часто використовуються під час аналізу морфології викопних решток. Один із цих методів, контурний аналіз (вивчення обрисів), можна застосувати для порівняння форми зразків у різних контекстах. У цій статті ми використовуємо контурний аналіз для дослідження стадій розвитку викопних зразків. Ми використовуємо рецентного представнгика європейських берегових крабів для тестування моделі, у якій еліптичний аналіз Фур’є та аналіз дискримінантної функції застосовуються для забезпечення об’єктивної інтерпретації стадій розвитку. Ми перевіряємо модель, використовуючи нещодавно переописані знахідки молодих особин викопних крабів (Liocarcinus oligocenicus). Встановлено, що у наборах даних без філогенетичних варіацій ця модель добре працює для визначення стадій розвитку. Однак такий підхід є менш ефективним у випадку шумових погрішностей. Крім того, між молодими та дорослими особинами Carcinus maenas є чіткі морфологічні відмінності.
Ключові слова: Carcinus; класифікація; геометрична морфометрія; Liocarcinus; Malacostraca; онтогенез
Translator: Oleksandr Kovalchuk
Chinese
轮廓分析作为一种研究蟹类化石发育的新方法
鉴于化石标本的形态特征，几何形态计量学提供了各种方法，常用于分析化石。其中一种方法是轮廓分析，可以用来比较不同情景下标本的形状。本文使用轮廓分析来研究化石标本的发育阶段。我们使用现存的欧洲海岸蟹来测试一套方法，其中椭圆傅里叶分析和判别函数分析被用来提供对标本发育阶段的客观解释。随后本文使用最近重新描述的幼年化石蟹（Liocarcinus oligocenicus）作为案例来测试这一方法。我们发现，在没有系统发育变异的数据集中，这套流程能够很好地识别发育阶段。然而，当数据集中的噪声增加时，其效率会降低。此外，普通滨蟹（Carcinus maenas）表现出明显的形态分离，可区分幼体和成体。
关键词：Carcinus；分类；几何形态计量学；Liocarcinus；软甲动物；个体发育
Translator: Chenyang Cai. Nanjing Institute of Geology and Palaeontology, Chinese Academy of Sciences
Résumé en Français
L’analyse du contour, une nouvelle méthode pour étudier le développement des crabes fossiles.
La morphométrie géométrique est un ensemble de méthodes variées souvent utilisé pour l’étude des spécimens fossiles, en raison de leurs propriétés morphologiques. L’une de ces méthodes, l’analyse du contour, peut s’appliquer aux comparaisons de formes des spécimens dans des contextes variés. Ici, nous utilisons le crabe enragé comme modèle pour tester un pipeline d’analyses où des analyses de Fourrier elliptiques et d’analyse factorielle discriminante sont utilisées pour interpréter le stade de développement d’un spécimen. Nous avons ensuite utilisé ce pipeline sur un fossile de crabe juvénile récemment redécrit (Liocarcinus oligocenicus). Nous observons qu’au sein de jeux de données sans variation phylogénétique, ce pipeline offre une identification efficace des stades de développement. Il est cependant moins efficace quand le jeu de donné lorsque le jeu de donnée augmente le bruit. De plus, une séparation claire entre juvéniles et adultes existe chez Carcinus maenas.
Mots clés : Carcinus ; Classification ; morphométrie géométrique ; Liocarcinus ; Malacostraca ; ontogénie
Translator: Denis Audo. Centre de Recherche en Paléontologie - Sorbonne Université
Russian
Анализ контура, как новый метод для изучения развития ископаемых крабов
Геометрическая морфометрия предлагает различные методы, которые часто используются при анализе ископаемых образцов из-за их морфологической природы. Один из таких методов, анализ контуров, можно применять для сравнения формы образцов в различных контекстах. Здесь мы используем анализ контуров для изучения стадий развития ископаемых образцов. Мы используем рецентного европейского берегового краба для тестирования протокола, в котором эллиптический анализ Фурье и дискриминантный анализ используются для объективной интерпретации стадии развития экземпляра. Затем мы проверяем протокол анализа на примере недавно переописанной ювенильной особи ископаемого краба (Liocarcinus oligocenicus). Мы обнаружили, что в наборах данных без филогенетических вариаций этот протокол хорошо работает при определении стадий развития. Однако он менее эффективен, когда в наборах данных увеличивается шум. Более того, Carcinus maenas демонстрирует четкое морфологическое разделение между молодыми и взрослыми особями.
Ключевые слова: Carcinus; классификация; геометрическая морфометрия; Liocarcinus; Malacostraca; онтогения
Translator: Leonid Voyta
