ESTUDIO DEL CRÁNEO MEDIANTE MORFOMETRÍA GEOMÉTRICA EN DOS ESPECIES DE SYLVILAGUS GRAY, 1867 (MAMMALIA: LAGOMORPHA)

Pere M. Parés-Casanova

Departament de Ciència Animal, Universitat de Lleida, Av. Rovira Roure 191, 25198 Lleida, Cataluña (España).

E-mail: peremiquelp@ca.udl.cat – http://orcid.org/0000-0003-1440-6418

IntroducciónTOP

Son principios mecánicos simples los que predicen cambios en la forma cuando dos especies animales difieren notablemente en su tamaño (Swiderski, 2003). Pero las comparaciones de la forma entre especies, si están basadas solamente en el análisis de las diferencias de sus dimensiones lineales, aun pudiendo ser detalladamente descritas, no permiten ser analizadas cuantitativamente (Toro Ibacache et al., 2010). En morfometría geométrica (MG), es posible tanto la cuantificación de la forma como la visualización de los cambios morfológicos (Bookstein, 1992; Adams, 1999; Rohlf, 2005; Toro Ibacache et al., 2010). Por ello, el análisis con MG permite realizar interpretaciones de alto significado biológico, de diferencias entre individuos, de diferencias entre poblaciones, etc. (Bookstein, 1992; Rohlf, 2005; Toro Ibacache et al., 2010).

La MG ha sido empleada en el campo de la taxonomía y filogenia de vertebrados, y utilizada en estructuras morfológicas óseas muy diferentes. Para el estudio de mamíferos colombianos, se conocen algunos trabajos que recurren a la MG para determinar variaciones intra e interespecíficas y establecer relaciones filogenéticas. Pero no es el caso del género Sylvilagus Gray, 1867, en el que la mayoría de estudios morfológicos se han basado en morfometría lineal o “clásica” (Castañeda et al., 2015; Diersing & Wilson, 2017) (aunque estos últimos se equivocaron estrepitosamente en su taxonomía).

Taxonómicamente el género Sylvilagus (conejos conocidos vernáculamente “de rabo blanco” o “pequeñas liebres”), pertenece al orden Lagomorpha, e incluye 13 especies (Castañeda et al., 2015), todas ellas de distribución americana (Chapman et al., 1990). Dentro del género, se reconocen entre otras las especies S. brasiliensis (Linnaeus, 1758) y S. floridanus (J.A. Allen, 1890) (Chapman et al., 1990). Sylvilagus brasiliensis adulto pesa en promedio 0,9-1,8 kg y mide 35-43 cm de largo (De Barba, 2015), mientras que el adulto de S. floridanus es mayor, pesando en promedio 1,2 kg y midiendo 43 cm de largo (Orr, 1940; Bond et al., 2004).

Partiendo de una colección osteológica existente del género Sylvilagus centrada en el tapetí (S. brasiliensis) –también conocido como conejo brasileño, conejo de páramo, conejo muleto, conejo del bosque o mulita de monte-, y en el conejo de Virginia (S. floridanus), se realizó un estudio comparativo entre la conformación craneal de ambas especies empleando técnicas de MG. Al comparar morfométricamente estas dos especies entre sí, formas y tamaños craneales, cualquiera que sea la magnitud de sus diferencias, serán un indicador de: 1) un cambio en tamaño que todavía permite la presencia de su notable similitud fenotípica, y 2) las consecuentes diferencias en forma, como producto de la modificación en tamaño corporal. Por lo tanto, el objetivo de este trabajo es conocer cuáles son esas diferencias morfométricas entre ambas especies.

Material y métodosTOP

MuestreoTOP

Los especímenes examinados en este estudio procedían de la colección mastológica del Instituto de Ciencias Naturales de la Universidad Nacional de Colombia. Las muestras incluyeron en total 47 cráneos Sylvilagus (31 S. brasiliensis, 16 ♂♂, 13 ♀♀ y 2 de sexo no registrado) y 16 S. floridanus (6 ♂♂, 7 ♀&♀ y 3 de sexo no registrado). La clasificación de los 47 especímenes se basó según la identificación a nivel de especie en el catálogo, que no contenía información sobre la edad. La información individual de los especímenes estudiados puede requerirse al autor. Con el objetivo de minimizar el error en las escalas, todos los cráneos fueron fotografiados siempre por el propio autor, estableciéndose un protocolo estándar para la toma de las imágenes (uso de una escala en cada foto, calibración de luz proveniente de la cámara, abertura y velocidad de disparo controlados) (Parés-Casanova, 2013; Samuel et al., 2015).

Obtención de datosTOP

Se obtuvieron imágenes digitales, en el plano dorsal de cada cráneo, mediante una cámara digital Nikon D1500 equipada con una lente 40 mm 1:2.8G MicroNikkor. Cada espécimen se colocaba previamente en el centro del campo óptico, con su cara dorsal orientada paralelamente a la cámara. A fin de eliminar distorsiones de las posiciones relativas de los ángulos debido a un efecto parallax –de profundidad- (Webster & Sheets, 2010), la cámara se situó a suficiente distancia para asegurar que el cráneo ocupara únicamente una parte del campo visual, libre de distorsiones. El no tener en cuenta el criterio de coplanaridad podría provocar una interpretación errónea de resultados, dado que pueden existir variaciones importantes de la forma no apreciables en el plano paralelo a la toma fotográfica (Toro Ibacache et al., 2010). Se incluyó en cada toma un patrón milimétrico a fin de establecer la longitud cefálica real.

Las imágenes fueron almacenadas en extensión .jpg de 9.3 Mb de promedio y posteriormente se transfirieron al computador. Se situaron 12 hitos anatómicos en cada espécimen (Fig. 1), basados parcialmente en estudios previos (Ge et al., 2015; Parés-Casanova et al., 2018), y definidos como:

Todos los puntos craneométricos considerados corresponden a puntos definidos a partir de referentes anatómicos homólogos y repetibles, se consideraron suficientes para reflejar la morfología en su cara dorsal del neurocráneo y del viscerocráneo, y fueron situados en cada espécimen mediante el programa TpsDig versión 1.40 (Rohlf, 2010).

Los hitos seleccionados generaron una matriz de coordenadas (X e Y) que representan las configuraciones geométricas del cráneo por espécimen. La matriz de configuraciones de coordenadas fue sometida a un Análisis Generalizado de Procrustes, donde la variación asociada a los efectos de posición, orientación y escala fue eliminada mediante una superposición Procrustes, usando la estimación de los mínimos cuadrados (Bookstein, 1992; Adams, 1999). En líneas generales este análisis consta de tres pasos iterativos: 1) cada configuración se centra en el origen del sistema de coordenadas y luego se ajusta a una unidad de tamaño común; 2) las configuraciones escaladas se trasladan unas sobre otras sobreponiéndose, de tal modo que coincidan sus centros de gravedad (centroides); y 3) se rotan hasta minimizar las distancias entre cada hito y una configuración promedio, utilizando el criterio matemático de los mínimos cuadrados (Zelditch et al., 2004; Savriama et al., 2010; Toro Ibacache et al., 2010).

La correlación de la forma de los especímenes con el espacio tangente -en el que las configuraciones son proyectadas de manera ortogonal- (Toro Ibacache et al., 2010) se analizó con el programa TpsSmall versión 1.33 (Rohlf, 2010).

Análisis de las diferencias entre longitudes cranealesTOP

A partir del patrón utilizado en cada fotografía se obtuvo la longitud craneal, expresada en mm, del cráneo, entendida como la distancia de los hitos 1 a 2. La comparación de las longitudes entre ambas especies se realizó con un test U de Mann Whitney. Se obtuvo así mismo el valor F el test de Goodall a fin de evaluar la distancia entre ambos grupos (Bookstein, 1992).

Análisis de la formaTOP

A fin de evitar distorsiones producidas por una posible asimetría bilateral, y aunque no se detectó asimetría fluctuante entre el hemicráneo derecho e izquierdo (analizada mediante un ANOVA de dos vías, en la que se consideró la interacción “individuo*lado” como asimetría fluctuante (Klingenberg, 2015) y que reflejó un valor p = 0,860), se trabajó con el promedio de las coordenadas Procrustes de los lados izquierdo y derecho reflejados especularmente.

Las diferencias en la forma fueron analizadas con un test NPMANOVA (“Non Parametric Multivariate ANalysis Of VAriance”), utilizando el de dos vías para detectar posibles diferencias entre sexos (los 5 especímenes no sexados fueron excluidos) y entre especies, recurriendo al uso de la distancia euclideana entre coordenadas Procrustes y aplicando 9.999 permutaciones y un test F de Goodall posterior (Bookstein, 1992). La alometría se interpretó como en cambio de la forma en relación al tamaño (o sea, como la regresión de las coordenadas Procrustes versus el tamaño del centroide, logarítmicamente transformado) (Mosimann, 1970; Savriama et al., 2010; Klingenberg, 2016).

Análisis de Componentes PrincipalesTOP

Se realizó finalmente un Análisis de Componentes Principales (ACP) a partir de la matriz de varianza-covarianza (Bookstein, 1992), a fin de detectar las variables anatómicas que explicaban más las diferencias entre especies. Se utilizaron además mallas de deformación (Zelditch et al., 2004) para analizar los cambios de forma, en los ejemplares más extremos. A fin de eliminar el efecto alométrico se procedió finalmente a un segundo NPMANOVA utilizando los valores de cada espécimen en cada uno de los componentes principales (Savriama et al., 2010).

La obtención de las coordenadas Procrustes y tamaño de centroide se realizó con el programa MorphoJ (Klingenberg, 2011). Con la herramienta TpsRelWarp versión 1.63 (Rohlf, 2010) se obtuvieron las variables del cambio uniforme en X e Y. El resto de análisis se efectuó con el programa PAST versión 2.17c (Hammer et al., 2001). El nivel de significación se estableció en el 5%.

ResultadosTOP

Correlación entre la forma y el espacio tangenteTOP

El valor de la correlación (0,999) indicó que las inferencias sobre la forma de éstas especies estudiadas pueden ser analizadas en el espacio lineal tangente, lo que nos permitió el uso de la aproximación del plano en los análisis estadísticos siguientes.

Forma y tamañoTOP

El análisis NPMANOVA (del que se excluyeron los especímenes sin sexo registrado) reflejó la ausencia de diferencias entre sexos (p = 0,504) pero la presencia de diferencias estadísticamente significativas entre especies (p = 0,009) (Tabla 1). Para los análisis posteriores, pues, se agruparon los cráneos sin diferenciar por sexo. El test F de Goodall presentó un valor sin diferencias significativas (F_20,900 = 0,939; p = 0,536), de lo que se deduce que las distancias Procrustes entre la forma de referencia y la forma objetivo presentaban valores bajos. El test de Mann Whitney demostró una diferencia estadísticamente significativa para la longitud craneal entre ambas especies (U = 60, p << 0,0001) (Fig. 2). Para ambas especies, la alometría era significativa (p < 0,001) (Fig. 3).

PCA y patrones de deformaciónTOP

Los dos primeros componentes principales explicaron un 68,57% de la varianza total observada (PC1 + PC2 = 52,36 + 16,21 %) (Tabla 2), apareciendo los hitos faciales (X1, X2, X3) y los de la bóveda craneal (X e Y11, X e Y12) como los más discriminantes (Fig. 4). O sea, que tanto los hitos situados en el esplacnocráneo como en el neurocráneo contribuyeron a la diferenciación entre especies. Se aprecia que la trayectoria del cambio de cada vector a nivel de la cara se dirige longitudinalmente, es decir, rostral o caudal, y por otra parte, los puntos neurocraneales de ambos lados tienden principalmente de manera transversal, es decir, la mayor variación captada se localiza en el tercio distal de la cara y en la porción lateral de la calvaria (Fig. 5), lo que se atribuye mayoritariamente a diferencias en longitud facial (mayor en S. floridanus) y anchura neurocraneal (mayor en S. brasiliensis) (Fig. 6). O sea, que la tendencia con el aumento de tamaño es hacia una expansión facial y una contracción de la calvaria (Fig. 7).

En el nuevo NPMANOVA utilizando los valores de cada espécimen en cada uno de los componentes principales, siguen manifestándose diferencias entre especies (p = 0,0078) pero no entre sexos (p = 0,599).

DiscusiónTOP

Nuestro estudio basado en análisis morfogeométricos del cráneo de S. floridanus y S. brasiliensis no demuestra la existencia de diferencias a nivel craneal (plano dorsal) entre sexos, lo que coincide con la bibliografía consultada (Ge et al., 2015), o bien, aunque descrita por otros autores (Chapman et al., 1990), sin llegar a manifestarse geométricamente a nivel craneal, sino en otras partes del cuerpo. Pero sí que aparecen diferencias entre las dos especies estudiadas, tanto de tamaño como de forma, presentando S. brasiliensis un cráneo de menor longitud que S. floridanus –algo lógico si se atiende al menor peso corporal y longitud corporal de esta última especie-, y siendo aquel más corto de cara y más ancho de bóveda. Al tratarse de estructuras no especialmente importantes de inserción muscular, ni albergar externamente estructuras funcionales (como podría ser todo lo relacionado con la vista) (Spataru et al., 2013; Watson et al., 2014), y vistos los requerimientos ecológicos similares para ambas especies estudiadas (Castañeda et al., 2015), este estudio sugiere que esta variación de la forma entre especies podría tratarse de un mero cambio derivado de la diferencia de tamaño. Dicho de otro modo: una reducción del tamaño craneal no implicaría una versión reducida de la forma (una “reducción harmónica”), sino que se expresaría como un cambio heterotópico, cambios diferentes en cada punto de toda la estructura cefálica. Esta heterocronía, que produce diferencias en el desarrollo postanatal entre especies, ha sido ampliamente descrita en el cráneo (Cordeiro-Estrela et al., 2006; Cardini & Polly, 2013), asociándose claramente este cambio, en algunas ocasiones, a diferencias funcionales (Del Castillo et al., 2016).

Este estudio taxonómico se basa en relativamente pocos ejemplares, y centrado únicamente en el plano dorsal craneal. El estudio en otras proyecciones probablemente permitiría extraer más conclusiones a nivel anatómico-funcional e incluso llegar a determinar una fórmula de discriminación entre ambas especies.

AgradecimientosTOP

El autor agradece encarecidamente las facilidades ofrecidas por Catalina Cárdenas y Hugo Fernando López al permitir el acceso a la colección del Instituto de Ciencias Naturales de la Universidad Nacional de Colombia. Agradecimiento igualmente a los revisores anónimos por sus comentarios y sugerencias.

ReferenciasTOP