研究背景

自然界生物体形态上的差异可以反映出其功能、发育过程、对选择压力的反应等各个方面的区别。形态测量学 (morphometrics) 即是对于生物体的形态差异进行量化的方 法，主要包括传统形态测量 (traditional morphometrics) 和几何形态测量 (geometric morphometrics，以下简称GMM)。传统形态测量获取和分析的数据主要是对于距离的线性测量值，而几何形态测量获取和分析的对象则是一系列分布在二维或三维空间中的点的坐标 (Kendall, 1984; Adams et al., 2004; Zelditch et al., 2012)。与几何形态测量相比，传统形态测量具有以下缺陷：1)测量项间往往彼此不独立；2)缺少测量项间的空间关系信息；3)难以保证同源性；4)分析结果无法可视化因此难以进行直观的解释。相比之下，几何形态测量则能够提供对于形态更加准确、精确和全面的描述，同时结果的可视化也使其更易于被解读、展示和交流 (Zelditch et al., 2012)。
        形态与功能的关系一直是生物学者关注的重点之一。由于化石物种的生态习性无法直接观察，只能通过与现生物种进行形态-功能关系的类比，对其生态习性进行推测，因此功能形态学对于古生物学来说尤为重要。近年来，计算机断层 (CT) 扫描及表面扫描等技术的进步和推广，以及学界对于加强扫描数据开放获取的共识，使得研究人员获取大量现生及化石标本的三维数据进行分析成为可能 (Davies et al., 2017)。相比于过去的二维几何形态测量 (2D GMM)，基于三维模型的三维几何形态测量 (3D GMM)能够更加全面和准确的收集形态数据，更适宜于对多个结构进行综合分析，收集的数据也更具有重复使用性，因此近年来在包括鸟类、哺乳类和有鳞类等脊椎动物各个类群中均有所应用 (Fabre et al., 2014; Benson et al., 2017; Cooney et al., 2017; Felice and Goswami, 2018; Navalón et al., 2019; Watanabe et al., 2019)。本文将以探索现生鸟类下颌形态与功能之间的关系为例，演示使用三维几何形态测量方法对形态进行量化的基础操作流程。此实验流程同样适用于将化石物种的数据加入现生物种的数据集，用以推测化石物种的生态习性。
        注：本次分析仅用于演示三维几何形态测量方法的分析流程，未进行完整全面的样本选取，因此不能作为解释鸟类下颌形态与功能关系的最终研究结果。

实验步骤