 |
Developing a landmark based system for studying taxonomic and phylogenetic issues of vertebrates with various tooth morphologies
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
128741 |
| Type |
FK |
| Principal investigator |
Virág, Attila |
| Title in Hungarian |
Egy landmark alapú módszertan kidolgozása eltérő fogmorfológiájú gerincesek taxonómiai és filogenetikai szempontú vizsgálatához |
| Title in English |
Developing a landmark based system for studying taxonomic and phylogenetic issues of vertebrates with various tooth morphologies |
| Keywords in Hungarian |
gerincesek, taxonómia, filogenetika, geometriai morfometria, többváltozós adatelemzés |
| Keywords in English |
vertebrates, taxonomy, phylogeny, geometric morphometrics, multivariate analysis |
| Discipline |
| Paleontology, Historical Geology (Council of Complex Environmental Sciences) | 90 % | | Ortelius classification: Paleontology | | Phylogenetics, systematics, taxonomy, comparative biology, ecophysiology (Council of Complex Environmental Sciences) | 10 % |
|
| Panel |
Earth sciences 1 |
| Department or equivalent |
HAS-HNHM Research Group for Paleontology (Office for Research Groups Attached to Universities and Other Institutions) |
| Participants |
Karádi-Kapiller, Viktor
Pazonyi, Piroska
Szabó, Bence
|
| Starting date |
2018-09-01 |
| Closing date |
2023-08-31 |
| Funding (in million HUF) |
8.093 |
| FTE (full time equivalent) |
7.10 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Elsődleges célunk egy olyan landmark pontokon alapuló módszertan kifejlesztése, amely lehetővé teszi a fogalak fajon belüli és fajok közötti változatosságának feltárását, valamint evolúciós átalakulásának nyomon követését. A korábbi tanulmányokkal ellentétben anatómiai pontok helyett inkább a fog- és zománckörvonal elemzésére fektetünk hangsúlyt. Az alak leírására szolgáló pontokat egy automatizált számítógépes eljárás rögzíti majd, ami nemcsak a hibák elkerülését segíti, de lehetővé teszi, hogy a módszert igen különböző csoportok esetében is alkalmazhassuk. Ezt a rugalmasságot úgy szeretnénk bemutatni, hogy a módszer segítségével eltérő fogmorfológiájú gerincesekkel kapcsolatos taxonómiai és filogenetikai kérdéseket tisztázunk.
Pliocén-recens lemmingfogak elemzése révén lehetőségünk nyílik taxonómiai revízióra és a fajokat elkülönítő morfológiai bélyegek pontosabb meghatározására, a zománcevolúció egyes lépéseinek megismerésével pedig a korábbi filogenetikai elképzeléseket vizsgálhatjuk felül. Az eljárást ürgékkel kapcsolatos taxonómiai kérdések esetében is alkalmaznánk.
A módszer segítségével felmérhetjük a késő-pliocén–recens szarvasfogak alaktani változatosságát, ami a jövőben megkönnyíti az izolált molarisok pozíciójának és kopási kategóriájának megállapítását, valamint rendszertani besorolását. Az új morfometriai adatok és egy korábban befejezett táplálékpreferencia vizsgálat eredményeinek összekapcsolása lehetővé teszi a hosszú távú táplálkozási adaptációk fogalakra kifejtett hatásának vizsgálatát.
Felső-triász konodonták P1 elemeinek elemzése révén tisztázhatunk olyan taxonómiai kérdéseket, melyek jelenleg nehezítik a nori emelet biosztratigráfiai tagolását.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
Elsődleges célunk egy széles körben alkalmazható landmark pontokon alapuló módszertan kifejlesztése, amely lehetővé teszi a fogalak fajon belüli és fajok közötti változatosságának feltárását, valamint evolúciójának nyomon követését. Az eljárás rugalmasságát úgy szeretnénk bemutatni, hogy eltérő fogmorfológiájú gerincesekkel kapcsolatos taxonómiai és filogenetikai kérdéseket tisztázunk.
A késő-pliocén–recens kisemlősök (lemmingek és ürgék) fogainak vizsgálata pontosítja a kiválasztott csoportokra vonatkozó taxonómiai és filogenetikai ismereteinket, ezáltal elősegíti a negyedidőszaki biosztratigráfiai kutatásokat.
A késő-pliocén–recens szarvasfogak vizsgálata lehetővé teszi az izolált molarisok pozíciójának és kopási kategóriájának megállapítását, rendszertani besorolását, valamint a hosszú távú táplálkozási adaptációk fogalakra kifejtett hatásának megértését.
Felső-triász konodonták P1 elemeinek elemzésével tisztázhatunk olyan taxonómiai kérdéseket, melyek jelenleg nehezítik a nori emelet biosztratigráfiai tagolását.
A kutatás során többek között az alábbi konkrét taxonómiai problémákra is kitérünk:
Tisztázni szeretnénk a “Spermophilus primigenius” genus szintű rokonsági viszonyait.
Vizsgálni fogjuk, hogy a S. citelloides és a S. suslicus fogmorfológiája közötti eltérés szignifikáns-e? Amennyiben nem, a két fajt össze szeretnénk vonni.
Tisztázni szeretnénk a “Capreolus loczyi” genus szintű rokonsági viszonyait.
Vizsgálni fogjuk, hogy az Epigondolella rigoi vajon szétosztható-e több külön fajra?
Vizsgálni fogjuk, hogy a Mockina bidentata morfocsoportjai közötti eltérések szignifikánsak-e? Amennyiben igen, a leírt formákat külön fajokba szeretnénk sorolni.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
Bár a fogak tanulmányozásának jelentőségét már hosszú ideje felismerték, az ezzel a területtel foglalkozó tanulmányok általában morfológiai leírásban és lineáris mérések elvégzésében merültek ki. A hagyományos megközelítés hátránya, hogy az így felvett adatok nem jellemzik megfelelően a teljes alakot, a leíráskor pedig elkerülhetetlen a szubjektivitás. A probléma felismerését követően az anatómusok és a morfológiával foglalkozó kutatók körében népszerűvé váltak a landmark pontokon alapuló összehasonlító módszerek, de mindmáig kevés olyan munka született, ami ezt az eljárást fogakra alkalmazza.
Jelen kutatással egy olyan módszertan kifejlesztésére törekszünk, amely segítségével objektíven értékelhető a fogalak fajon belüli és fajok közötti változatossága, valamint nyomon követhető az evolúciója. Az alak leírására szolgáló 2-es és 3-as típusú landmarkokat egy automatizált számítógépes eljárás rögzíti majd, aminek köszönhetően csökken a pontok kutatónként eltérő vagy hibás felhelyezésének lehetősége. Mivel elsősorban körvonal-jellegű formák elemzésére fektetünk hangsúlyt, a módszert könnyen lehet majd módosítani jelentősen különböző morfológiák vizsgálatához, vagyis a kidolgozott eljárás alkalmazhatósága nem korlátozódik az általunk kiválasztott gerinces csoportokra, de még csak fogakra sem, így a különböző kutatók (paleontológusok és biológusok) változatos problémák megoldásához használhatják majd.
Az eljárás rugalmasságának bemutatása céljából olyan nem közeli rokon és nem különösen hasonló fogmorfológiájú gerinceseket választottunk ki, mint a lemmingek, ürgék, szarvasfélék és konodonták. További szempont volt, hogy a landmark analízis alkalmazása viszonylag újszerűnek számítson az adott csoport kutatásában. Szarvasfogak alapján csak néhány hasonló tanulmány született korábban, ugyanakkor ez lesz az első landmark pontokra alapozott morfometriai vizsgálat lemming- és ürgefogak, valamint felső-triász konodonták esetében.
A vizsgált csoportok vagy negyedidőszaki szárazföldi üledékek vagy felső-triász karbonátos medenceüledékek biosztratigráfiai felosztásában játszanak szerepet, így a velük kapcsolatos taxonómiai kérdések tisztázásával elősegítjük az erre a két időszakra vonatkozó további kutatásokat.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A fogak ellenálló zománcborításuknak köszönhetően a fosszilis gerinceseket szolgáltató lelőhelyek egyik leggyakoribb maradványai. A gerincesek fogaikon keresztül kerülnek kapcsolatba a táplálékukkal, ezért a fogak alakja csoportonként rendkívül eltérő lehet. Tanulmányozásuk révén információt nyerhetünk az állat táplálkozási szokásairól, környezeti körülményeiről és evolúciójáról, ami kulcsfontosságú a paleontológusok számára.
A hagyományos módszerek korlátai ellenére a fogak vizsgálata hosszú időn keresztül morfológiai leírásban és lineáris mérések elvégzésében merült ki. Az így felvett adatok gyakran nem jellemzik megfelelően a teljes alakot, a leíráskor pedig elkerülhetetlen a szubjektivitás. A probléma felismerését követően elterjedtek az olyan tanulmányok, amelyek alakleíró pontok segítségével próbálnak teljes formákat összevetni, de mindmáig kevés olyan munka született, ami új módszert fogakon alkalmazza.
Jelen kutatással egy olyan módszertan kifejlesztésére törekszünk, amely segítségével a kutatók objektíven értékelhetik a fogalak fajon belüli és fajok közötti változatosságát, és nyomon követhetik evolúcióját. Az alak leírására szolgáló pontokat egy automatizált számítógépes eljárás rögzíti majd, ami nemcsak a hibák elkerülését segíti, de lehetővé teszi, hogy a módszert különböző kihalt (vagy akár még ma is élő) csoportok esetében alkalmazhassuk. Ezt a rugalmasságot úgy szeretnénk bemutatni, hogy eltérő alakú fogakkal rendelkező gerincesekkel kapcsolatos rendszertani és leszármazástani kérdéseket tisztázunk. Az ilyen problémák megoldásával bővíthetjük a vizsgált csoportokra vonatkozó ismereteinket, és jobban megérthetjük a múltban zajlott evolúciós folyamatokat.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
We aim to establish a landmark based method, which will allow paleontologists to reveal intra- and interspecific variability of tooth shape, and to track its evolutionary changes through time. Unlike previous attempts, we will focus on outline or enamel contour analysis instead of anatomical landmarks. We will detect the shape-descriptor points using a computer-assisted approach, which will not only help to avoid placing errors, but it will also allow to apply the protocol on a wide variety of groups. To demonstrate this plasticity, we chose to analyse vertebrates with distinct tooth morphologies, and unique taxonomic and phylogenetic problems.
The enamel contour analysis of Late Pliocene to recent lemming molars will help to revise taxa, define their diagnostic characters more precisely, and update phylogenetic models through revealing the individual evolutionary steps of the enamel differentiation process. We also plan to solve taxonomic issues related to ground squirrels.
We will evaluate the overall variability of the outline and the enamel contour of Late Pliocene to recent cervid teeth, which will help to assign isolated molars into a certain taxon, wear stage, or position. We will combine our new shape data with the results of a completed micro- and mesowear analysis, which revealed the dietary habits of various taxa. Thus, we will be able to study the effects of long term dietary adaptations on the tooth shape.
The shape analysis of Upper Triassic conodont P1 elements, will allow to solve some of the taxonomic issues that hamper the development of Norian conodont biostratigraphy and thus the finer subdivision of the Norian Stage.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
We aim to develop a landmark based method with broad applicability, which will allow revealing intra- and interspecific variability of tooth shape, and tracking its evolutionary changes. We plan to demonstrate the plasticity of the new protocol by solving taxonomic and phylogenetic problems related to vertebrates with distinct tooth morphologies.
With the analysis of Late-Pliocene to recent small mammal teeth (including lemmings and ground squirrels), we will improve our understanding on the taxonomy and phylogeny of this group, and consequently facilitating Quaternary biostratigraphic research.
The analysis of Late Pliocene to recent cervid teeth will help to assign isolated molars into a certain taxon, wear stage or position, as well as to reveal the effects of long term alimentary adaptations on the tooth shape.
The analysis of Upper Triassic conodont P1 elements will solve several taxonomic issues related to this group, which will allow us to refine the conodont zonation, and consequently the subdivision of the Norian Stage.
During the research, we will address e.g. the following specific taxonomic problems:
We wish to clarify the genus level relationships of “Spermophilus primigenius”.
We will decide whether the separation between S. citelloides and S. suslicus is mathematically significant. If not, we plan to merge the species together.
We wish to clarify the genus level relationships of “Capreolus loczyi”.
We will evaluate whether Epigondolella rigoi can be split into distinct species.
We will decide whether the separations between the morphogroups of Mockina bidentata are mathematically significant. If so, we plan to split he taxon into distinct species.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
Although the importance of teeth has been recognized long ago, studies on the subject have been carried out only through morphological description and linear measurements for many years. The data obtainable by the traditional methods are limited and dispersed, and sometimes subjective judgement cannot be avoided. To overcome these flaws, the analysis of the entire shape using digitized landmark points has become increasingly popular amongst anatomists and morphologists in the past few decades, but it is still hard to find studies, which are using this method on teeth.
With the present research, we aim to develop a landmark based protocol, which will allow revealing intra- and interspecific variability of tooth shape, and tracking its evolutionary changes through time. Due to the computer assisted detection of shape-descriptor points (i.e. type II and type III landmarks) our method leaves less room for placing errors or subjectivity between different researchers. Because we will focus mainly on contour analysis, the proposed methodology would be easily adjusted to various different morphologies. In other words, our approach is not restricted to chosen groups, or not even to teeth. This will allow other researchers (including palaeontologists and biologists) to use it for solving various morphometric issues.
To demonstrate the plasticity of our method, we chose groups that are not closely related or especially similar to each other, including lemmings, ground squirrels, cervids, and conodonts. The other reason for this selection is that landmark analysis represents a novelty in the history of the research on these taxa. According to our knowledge, our attempt will be the first that has ever been carried out on lemming and ground squirrel teeth or Upper Triassic conodonts, and only a handful of studies used this method on cervid teeth in the past.
By solving several taxonomic and phylogenetic issues related to the above mentioned groups, which are useful for the biostratigraphic subdivision of either Quarternary terrestrial sediments or Upper Triassic carbonates of basin facies, we will consequently facilitate the research on both important time periods.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Teeth are the most resistant, hence the most common elements in the fossil vertebrate assemblages, due to their hard enamel cover. They form the key interface of an animal with its food, thus their morphology varies between taxa, and often reflect ecological and evolutionary changes. For paleontologists, it is of key importance to understand the correlations between tooth shape, paleogeography and paleoclimate.
For many years, studies on teeth have been carried out through morphological description and linear measurements despite the drawbacks of these methods (namely that the obtainable data are limited and dispersed, and sometimes subjective judgement cannot be avoided). To overcome these flaws, the analysis of the entire shape using digitized descriptor points has become increasingly popular, but it is still hard to find studies, which are using this new method on teeth.
With the proposed research, we aim to develop complex methodology for teeth, thus giving a useful tool in the hands of the researchers, which would allow them to objectively reveal intra- and interspecific variability, as well as to track its changes through evolution. In our method, the shape-descriptor points will be detected via a computer-assisted approach, which will not only help to avoid placing errors, but it will also allow to apply the protocol on a wide variety of extinct (and even extant) groups. To demonstrate this plasticity, we chose to analyse vertebrates with distinct tooth morphologies, and unique taxonomic and phylogenetic problems. By solving these issues, we will facilitate the research on the chosen groups, which will help us to gain a better understanding on our past.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
List of publications |
|
|
| Virág, A. Karádi, V.: Potential of closed contour analysis for species differentiationand holotype designation: a case study on lower Norian(Upper Triassic) conodonts, Palaeontology 66(2), e12649, 2023 | | Virág, A., Karádi, V.: Virág, A., & Karádi, V. (2023). Data from: Potentials of closed contour analysis in species differentiation and holotype designation: a case study on lower Norian (Upper Triassic) conodonts., Zenodo, 2023 | | Sinitsa, M.V., Virág, A., Pazonyi, P., Knitlova, M.: Redescription and phylogenetic relationships of Spermophilus citelloides, a ground squirrel from the Middle Pleistocene – Holocene of Central Europe, Historical Biology 33(1), pp. 19-39., 2021 | | Virág, A., Karádi, V.: Landmark point based and elliptic Fourier analysis of selected Lower Norian (Upper Triassic) conodonts: fundamentals, hinderances and perspectives of the different method, Abstract book of the ECOS European Conodont Symposium, 2022 | | Karádi, V., Kolar-Jurkovsek, T., Jurkovsek, B.: Előzetes eredmények a kelet-szlovéniai Dovško szelvény alsó/középső-nori conodonta biosztratigráfiájáról., Program, előadáskivonatok, kirándulásvezető, 22. Magyar őslénytani vándorgyűlés, Döbrönte, pp. 19-20., 2019 | | Pazonyi, P., Virág, A.: A Spermophilus citelloides (Sciuridae, Rodentia) filogenetikai vizsgálata landmark analízis segítségével., Program, előadáskivonatok, kirándulásvezető, 22. Magyar őslénytani vándorgyűlés, Döbrönte, pp. 30., 2019 | | Pazonyi, P., Virág, A.: Landmark analysis of S. citelloides (Sciuridae, Rodentia)., Abstract Book of the GEOMATES 2019 International Conference on Geomathematics in Earth- & Environmental Sciences, Pécs, pp. 60., 2019 | | Szabó, B., Virág, A.: A ságvári rénszarvasvadászok környezetének és vadászati stratégiájának rekonstrukciója., Program, előadáskivonatok, kirándulásvezető, 22. Magyar őslénytani vándorgyűlés, Döbrönte, pp. 35-36., 2019 | | Szabó, B., Virág, A.: Deer hunt in the Random Forest., Abstract Book of the GEOMATES 2019 International Conference on Geomathematics in Earth- & Environmental Sciences, Pécs, pp. 61., 2019 | | Virág, A., Szabó, B.: Computer-assisted edge detection and point acquisition: The future of landmark analysis?, Program and abstracts of the XVII Conference of the EAVP, Brüsszel, Belgium, pp. 126., 2019 | | Virág, A., Szabó, B., Karádi, V.: Landmark based geometric morphometric analysis of selected Lower Norian conodonts., Abstract Book of the STRATI 2019 International Conference on Stratigraphy, Milánó, Olaszország, pp. 65., 2019 | | Virág, A., Szabó, B., Karádi, V., Pazonyi, P.: Automated landmark analysis: a new methodology., Abstract Book of the GEOMATES 2019 International Conference on Geomathematics in Earth- & Environmental Sciences, Pécs, pp. 18., 2019 | | Sinitsa, M.V., Virág, A., Pazonyi, P., Knitlova, M.: Redescription and phylogenetic relationships of Spermophilus citelloides, a ground squirrel from the Middle Pleistocene – Holocene of Central Europe, Historical Biology (közlésre elküldve), 2019 | | Sinitsa, M.V., Virág, A., Pazonyi, P., Knitlova, M.: Redescription and phylogenetic relationships of Spermophilus citelloides, a ground squirrel from the Middle Pleistocene – Holocene of Central Europe, Historical Biology, 2019 | | Pazonyi, P., Virág, A., Szabó, B.: Landmark alapú módszer zománcdifferenciáció és ontogenetikus változások nyomozására sztyeppi lemmingek (Lagurini) őrlőfogának példáján, Program, előadáskivonatok, kirándulásvezető, 23. Magyar őslénytani vándorgyűlés, Budapest, pp. 24-25., 2020 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
