Modular evolution of the carnivoran pelvic girdle: a three-dimensional morphometric approach

Martín-Serra, A., Figueirido, B., Serrano, F., Palmqvist, P. MODULAR EVOLUTION OF THE CARNIVORAN PELVIC GIRDLE: A THREE-DIMENSIONAL MORPHOMETRIC APPROACH. 75th meeting of Vertebrate Palaeontology. Dallas (Texas). Journal of Vertebrate Palaeontology Supplement (Program and Abstracts) P. 176The pelvic girdle is a key skeletal structure within the appendicular skeleton in quadrupedal mammals. The pelvis anchors many important muscles and connects the hind limb to the axial skeleton. However, unlike other appendicular bones, each hemipelvis is composed of three different girdle bones: ilium, ischium and pubis. Here we investigate if the functional and developmental interactions among these bones accounts for the integration and modularity of the pelvis in mammalian carnivores. We use carnivorous mammals as a case study because our recent work has demonstrated that their appendicular skeleton is also integrated by functional reasons. A series of landmarks in 3D on one half of the pelvic girdle were digitized in a wide sample of living carnivorans. The landmarks were divided into four basic developmental units: illium, ischium, pubis and acetabulum. The latter was considered as a different unit because it interacts with the femoral head during development. Later, we tested different modularity hypotheses that consider all possible modules formed by the combination of these four developmental units. For each hypothesis, we calculated the RV coefficient, a proxy for morphological covariation. We compared each specific hypothesis with a distribution of RV coefficients resulting from randomly-defined modules to assess for statistical significance. One of the hypotheses with more statistical support separates the four original units as modules, which indicates a strong influence of development. Other supported hypotheses clearly point towards an association between the ischium and the pubis, with the illium and acetabulum more or less independent. However, these hypotheses cannot be unequivocally ascribed to functional interactions, because the ischium and the pubis also share some developmental processes. These results clearly indicate that the carnivoran pelvic girdle preserves a developmental modular structure with little modification attributable to functional adaptations, which agrees with previous studies that showed that the pelvis is conservative within each carnivoran family.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tec

Integración de un sistema de traducción automática en el entorno de redacción de un periódico

This paper describes the integration process of Lucy Software’s machine translation system into the editorial process flow of La Vanguardia newspaper, where it is used on a daily basis as a help-tool in order to produce bilingual editions of the daily newspaper in Catalan and Spanish. The integration process includes both technical and linguistic adaptations, as well as a final post-edition process.El artículo describe el proceso de integración del traductor automático de Lucy Software en el entorno de redacción de La Vanguardia, donde se utiliza diariamente como herramienta auxiliar para publicar una edición bilingüe del diario en catalán y en castellano. Este proceso de integración incluye adaptaciones técnicas y lingüísticas, y un proceso final de post-edición

Functional anatomy, Ecomorphology and evolution of the carnivoran appendicular skeleton

En esta tesis doctoral he utilizado métodos de morfometría comparada para analizar la asociación entre las adaptaciones funcionales del esqueleto apendicular y su evolución morfológica. Por lo tanto, el objetivo principal del trabajo será buscar aquellas características osteológicas del esqueleto postcraneal que se relacionan con las diferentes estrategias locomotrices, para evaluar los efectos potenciales de la selección natural en su evolución morfológica. De este modo, se aprovechará esta información para inferir aspectos paleoecológicos en especies extintas. Por lo tanto, el enfoque seguido para el estudio del esqueleto apendicular será de naturaleza dual, abarcando tanto aspectos estrictamente evolutivos como puramente paleobiológicos. Con este propósito, he utilizado los mamíferos carnívoros actuales y extintos (orden Carnivora) como objeto de estudio, pues representan una opción excelente a estos propósitos, ya que muestran en la actualidad una amplia variedad de tamaños, hábitats y adaptaciones del aparato locomotor. Además, sus relaciones filogenéticas están bien resueltas y se encuentran relativamente bien representados en el registro fósil. Los artículos I y II se dirigen a evaluar el efecto de la alometría, la herencia filogenética y la función (estimada utilizando diferentes métodos) en los huesos de las extremidades anteriores y posteriores de los carnívoros, así como a explorar su variabilidad morfológica. Los resultados obtenidos para la extremidad anterior y la posterior son muy similares. En el caso de los cambios alométricos, el aumento de tamaño conlleva la adquisición de unos huesos más robustos (principalmente en el caso de la escápula, el húmero, el radio y el fémur) y una postura más erguida (inferida a partir de los cambios alométricos de la ulna y la tibia). Además, la morfología de los elementos de ambas extremidades se encuentra muy influenciada por la herencia filogenética, especialmente a nivel de las cinturas pectoral y pélvica. Respecto a la influencia del aspecto funcional, ambos artículos exploran esta cuestión de diferente manera. Para la extremidad anterior, se buscó correlacionar la forma de los huesos con dos variables relacionadas con la actividad del aparato locomotor, la velocidad máxima de carrera y la distancia de movimiento diario; en el caso de la posterior, se relacionaron los cambios de forma con los diferentes modos de locomoción. Ambos tipos de análisis suministraron resultados similares, evidenciando que la asociación entre la forma de los huesos de las extremidades y el tipo de locomoción no es tan evidente como en el caso de la alometría o del legado filogenético. Otra similitud importante entre ambas extremidades es que la variabilidad morfológica de los huesos largos de los carnívoros se concentra en un eje de esbeltez-robustez, lo que podría resultar de una limitación biomecánica debida a la contraposición entre resistencia al estrés y eficiencia energética durante la locomoción. Según esta hipótesis, se puede deducir que las dos extremidades se verían afectadas por esta limitación de manera similar pues, como cuadrúpedos, los carnívoros utilizan sus cuatro extremidades de manera coordinada para moverse. A diferencia de los huesos largos, las cinturas pectoral y pélvica muestran mayor variabilidad morfológica, lo que podría indicar que las limitaciones biomecánicas que afectan a los huesos largos no se aplican a estas estructuras. El siguiente paso en el estudio de la variabilidad morfológica del esqueleto apendicular de los carnívoros se llevó a cabo en el artículo III. En este caso se investigó el patrón y el grado de integración morfológica entre los huesos de las extremidades, teniendo en cuenta los efectos del tamaño y la herencia filogenética. Los resultados mostraron que los huesos largos están muy integrados entre sí, tanto en las comparaciones dentro de cada extremidad como entre ambas extremidades. De hecho, al igual que en los trabajos previos, este patrón de integración se manifiesta en cambios en el grado de robustez. Sin embargo, las cinturas pectoral y pélvica están poco integradas entre sí y con el resto de los elementos óseos, lo que una vez más indica que no comparten las limitaciones que afectan a los huesos largos, ya sean éstas de origen embrionario o biomecánico. Además, el efecto de la adaptación funcional en la integración de las extremidades se puso a prueba mediante la comparación de dos categorías diferentes. Las especies con ambas extremidades especializadas para la locomoción terrestre (corredores) muestran mayor integración que las que realizan diferentes funciones con la extremidad anterior, como manipular objetos o presas, mientras usan la extremidad posterior solo en la locomoción. Esto sugiere que la selección natural es capaz de modificar los patrones de integración morfológica del esqueleto apendicular de los carnívoros. Por último, en el artículo IV se exploró con más detalle la relación entre morfología y función en la extremidad anterior. A diferencia de los artículos anteriores, en éste se adoptó una perspectiva ecomorfológica, en lugar de una estrictamente evolutiva. El foco de interés fueron las características fenotípicas que, pese a explicar un porcentaje relativamente bajo de la varianza morfológica, tienen consecuencias biomecánicas y funcionales importantes. Tales características se pueden usar como indicadores ecomorfológicos relacionados con las adaptaciones hacia diferentes modos de locomoción o estrategias de caza. En consecuencia, son potencialmente útiles en paleobiología para inferir las capacidades del aparato locomotor de los taxones extintos. Para mostrar esto, se han utilizado como caso de estudio varios taxones pertenecientes a la subfamilia Borophaginae (Mammalia, Carnivora, Canidae). Los resultados obtenidos para este taxón extinto proporcionan pistas sobre sus adaptaciones hacia diferentes estrategias de caza. La mayoría de las especies muestran una combinación de adaptaciones diferente de las que tienen los carnívoros modernos, lo cual sugiere que podrían tener una estrategia de caza y/o modo de locomoción únicos. Sin embargo, sus características morfológicas también permiten realizar interpretaciones funcionales, como si podían abatir a sus presas con las extremidades anteriores o eran buenos corredores

¿Por qué son más diversos los mamíferos placentarios que los marsupiales?

Mammals are present in all terrestrial biomes, from tropical jungles to the poles and in all oceans. To do this, they have had to adapt to very different ways of life, such as aerial (bats), aquatic (cetaceans) or underground (moles). All this variability of habitats and adaptations is accompanied by a high taxonomic diversity, with almost 5,500 species of current mammals. However, this diversity is not evenly distributed among the different groups, as more than 5,100 species are placental, while only 5 species are monotremes and 340 are marsupialsLos mamíferos  están presentes en todos los biomas terrestres, desde selvas tropicales hasta los polos y en todos los océanos. Para ello, se han tenido que adaptar a modos de vida muy diferentes, como el modo de vida aéreo (murciélagos), acuático (cetáceos) o subterráneo (topos). Toda esta variabilidad de hábitats y adaptaciones viene acompañada de una alta diversidad taxonómica, con casi 5.500 especies de mamíferos actuales. Sin embargo, esta diversidad no está repartida por igual entre los distintos grupos, pues más de 5.100 especies son placentarios, mientras que tan solo 5 especies son monotremas y 340 marsupiales

Simulation of high temperature superconductors and experimental validation

In this work, we present a parallel, fully-distributed finite element numerical framework to simulate the low-frequency electromagnetic behaviour of superconducting devices, which efficiently exploits high performance computing platforms. We select the so-called H-formulation, which uses the magnetic field as a state variable. Nédélec elements (of arbitrary order) are required for an accurate approximation of the H-formulation for modelling electromagnetic fields along interfaces between regions with high contrast medium properties. An h-adaptive mesh refinement technique customized for Nédélec elements leads to a structured fine mesh in areas of interest whereas a smart coarsening is obtained in other regions. The composition of a tailored, robust, parallel nonlinear solver completes the exposition of the developed tools to tackle the problem. First, a comparison against experimental data is performed to show the availability of the finite element approximation to model the physical phenomena. Then, a selected state-of-the-art 3D benchmark is reproduced, focusing on the parallel performance of the algorithms.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

The influence of skull shape modularity on internal skull structures: a 3D-Pilot study using bears

In order to capture the phenotypic variation of the internal skull structures, such as the sinuses or the brain, it is necessary to perform CT scans in a large number of specimens, which is difficult and expensive. Therefore, while the external morphology of the mammalian cranium has been the subject of many morphometric studies, the internal structures of the cranium have been comparatively less studied. Here, we explore how the variation of external shape reflects the morphology of internal structures. We use the family Ursidae (Carnivora, Mammalia) as a case study because bears have a wide variability of cranial morphologies in part associated with different trophic ecologies. To do this, we digitized a set of landmarks in 3D with a Microscribe G2X from the external surface of the cranium in a wide sample of bears. Additionally, the crania of seven bear species were CT-scanned and prepared digitally to visualize the 3D models of the external cranium morphology and of internal structures. Subsequently, we divided the landmarks into two modules, splanchnocranium and neurocranium, and we perform a two-block partial least squares analysis (2B PLS) to explore the intraspecific (static) morphological changes associated with the covariation between them. These morphological changes were visualized using the morphing technique with the 3D models, looking at both the external shape and the internal structures. In addition, we inferred the volume of the sinuses and of the brain in each hypothetical model. Our results show that the first two PLS axes are associated externally with changes in the basicranial angle, face length and cranium height and width. Concerning the internal structures, there are parallel changes in dorso-ventral and medio-lateral expansion of sinuses and brain, accompanied by their corresponding changes in volume. In contrast, the third PLS axis is related to opposite changes in the volume of sinuses and brain. These preliminary results suggest that the opposite relationship between sinuses and brain volumes in the bear cranium is not as evident as expected, at least at intraspecific level.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech

Morphological disparity and integration in the vertebral column of pinnipeds (Mammalia, Carnivora).

The vertebral column has a very important role in locomotion in aquatic mammals, such as pinnipeds. However, the mode of aquatic locomotion differs between pinniped groups. Otariids generate thrust with their forelimbs (pectoral rowing) while phocids move laterally the pelvic region (pelvic oscillation). Therefore, to explore differences between these groups can provide new clues about the evolution of the land-to-sea transition in pinnipeds. In this study, we explore the disparity and morphological integration of the presacral vertebrae of a set of living and extinct pinnipeds. The results obtained show that vertebral morphological disparity is higher in phocids than in otariids. In addition, disparity through time analyses indicate that, for most vertebrae, otariids subclades tend to explore different regions of the morphospace, whereas phocid lineages overlap within similar regions. Finally, the study of integration between vertebrae in otariids reveals an absence of a modular pattern along the spine, in contrast to the modular pattern found in phocids. These results suggest that adaptation to the aquatic environment in both groups follows two completely different pathways, probably associated with their mode of aquatic locomotion. Future studies on the biomechanics of the pinniped vertebral column may confirm the association of morphology and evolutionary patterns with locomotor performance.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech

A morphometric characterization of cranial shape in terrestrial carnivorans based on fourier analysis

A number of studies have shown that skull morphology reflects the ecological adaptations of terrestrial carnivores as well as their phylogenetic legacy. Here we use Fourier shape analysis for describing the dorsal outline of the cranium in a number of extant and extinct species in the order Carnivora. To evaluate to what extent the shapes of the outlines analyzed reflect phylogeny and/or adaptation, a principal components analysis was performed with the harmonic amplitudes of the Fourier analyses. Results obtained show that cranial morphology is highly constrained by the phylogenetic legacy of each carnivoran family, as those species belonging to the same family tend to be placed in the same region of the morphospace. However, a functional signal is also present. In particular, after controlling for size effects, there is a weak but significant correlation between an axis of morphological variation and the estimates of bite force at the level of the upper canine, while another independent axis is related to bite force measurements at the carnassial. The wide distribution of canids in the empirical morphospace reflects their ecological disparity, while the restricted dispersal on the plot of saber-tooth predators probably results from biomechanical constraints posed by their highly specialized, hypertrophied upper canines. Moreover, there is a general allometric trend for all carnivoran families, which is associated with the lateral expansion of the zygomatic arches, and two different allometric trends exclusive to canids and felids, respectively, which are linked to snout length. Our results show that phylogeny constrains to a large extent the morphological adaptive zone which carnivoran species can inhabit.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech