- WWW.LAMARABUNTA.ORG -

Bueno, se trata de un juego, de ensayos que me gustaría experimentar algún día. Desde hace pocos años se vienen elaborando diversos métodos capaces de describir numéricamente formas complejas de los seres vivos. De momento se realiza con estructuras más o menos planas de contornos irregulares.

Uno de los ejemplos más estudiados es el de los otolitos, unas formaciones calcáreas del oído de los peces teleósteos con funciones en la percepción de vibraciones y posición del animal. Estas estructuras resultan específicas para cada especie, lo que ha llevado, mediante la utilización de los métodos de análisis de contornos, a la elaboración de una base de datos que permite, con sólo la imagen del otolito obtenido, la determinación de la especie con un alto grado de probabilidad.

Estas técnicas combinan el análisis de imagen (que permite la extracción del contorno) con variados métodos matemáticos como los análisis de componentes principales, la transformada de Fourier, o, más recientemente, la transformada Wavelet y el llamado “Curvature Scale Space”. En todos los casos se pretende una representación lo más fiel posible de las singularidades e irregularidades de la estructura a estudiar. Es decir, se logra cuantificar la forma como un todo, una verdadera proeza que hasta ahora había resultado imposible. Ya hay disponibles paquetes de software que facilitan todo el procesado de la imágenes.

Pero, según creo, el problema con más enjundia naturalista es encontrar la estructura ideal a analizar. Debe de ser una estructura fácilmente extraíble del animal, fácil de de fotografiar o preparar (por ejemplo, en portas para su conservación), fácil de obtener el contorno, y debe tener, al menos en una primera aproximación, características específicas según la especie.

Pensé en las hormigas. Se me ocurrió que podía ser bueno a estos fines el perfil del tórax. Hice varias pruebas de extracción de contornos con las imágenes de hormigas.org, pero al poco me di cuenta de numerosas dificultades: el fondo y la perspectiva de las fotos variaba, el comienzo y el final del contorno no siempre era posible obtenerlo de manera estandarizada, etc.

Y de aquí el título que he puesto a este mensaje. ¿Qué estructura de las hormigas podría servir para estos ensayos? Las mandíbulas adolecen de desgastes y convexidades notorias, las patas y sus partes carecen de una clara superficie cerrada y acaso de rasgos netamente específicos. ¿Quizá el labrum, quizá el…? En fin, he aquí un tema precioso, un tema que aúna la morfología y la matemática, trufado de consideraciones evolutivas y abierto a nuevas posibilidades.

La cosa con las hormigas creo que sería bastante difícil, y que un sólo caracter no sería suficiente para determinar una especie con fiabilidad.

Por ejemplo, el perfil del tórax ya que lo comentas, puede variar mucho dentro de una misma especie, e incluso dentro de un mismo nido...

Hasta diría que un solo carácter podría no diferenciar más allá de género, ya que dentro de algunos géneros resultaría de utilidad dudosa a la hora de determinar la especie.

También hay una cosa a tener en cuenta, y es que en esos peces esas piezas tienen formas distintas para cada especie, y seguramente (que no lo sé) eso ya se conocía y se utilizaba de antes. El pasar ese conocimiento a un método informatizado de reconocimiento de imágenes no planteaba ninguna pregunta taxonómica nueva. Sin embargo, en las hormigas no se hace nada mirando solamente un carácter... Quizá el peciolo de tal especie o el escapo de otra resulten tan característicos como para poder decir con sólo ver esa pieza a qué especie corresponden, pero eso no es generalizable ni mucho menos.

El programa tendría, en fin, que reconocer un mogollón de caracteres, que tendrían que ser presentados de determinada manera (con un procedimiento estandar) para que la máquina los reconociera... Y eso sería lo de menos... introducir la base matemática de las formas de cada parte sería toda una odisea...
Sumamente interesante la idea, pero creo que el trabajo que conllevaría sería inmensísimo...

Conociendo la intensa experiencia de Chousas con la taxonomía de hormigas, su comentario es especialmente interesante. Si resulta casi imprescindible contar con multitud de caracteres, y es inverosímil la existencia de una sola estructura que sirva para establecer distinciones generalizables, entonces la morfología matemática pierde mucho de su encanto en este asunto.

A efectos de pruebas creo que sigue siendo curioso plantearse qué estructura de la anatomía de la hormiga podría utilizarse para aplicarle el análisis de contorno. Precisamente la matemática tiene a veces –sólo a veces– alguna ventaja sobre el ojo humano: quizá podría detectar una sutil variación del conjunto de la forma estudiada entre dos especies muy cercanas y difíciles de distinguir con los métodos clásicos. O revelar diferencias o cercanías insospechadas entre géneros. En todo caso, la posibilidad misma de poder describir de una tacada una estructura morfológica es sugestiva. Es como aprehender con un solo número una larga historia evolutiva. Y acaso ramas divergentes, y aún paralelas, de esa historia contengan números distintos que arrojen un poco de luz.

hace poco no me acuerdo quien, pedia ejemplares de A. gibbosa y C. scutellaris y creo que tambien goniommas pues estan haciendo un estudio para la diferenciacion de especies por la refraccion de la luz en la cuticula, querian especies de toda la peninsula para ver si la distribucion geografica producia alguna variacion a tener en cuenta.

edito aqui esta el post

Por cierto que la colaboración sigue abierta... y yo aún no he enviado las mías
Recuerdo que tengo la dirección para los envíos para aquellos que vayáis a colaborar.

Efectivamente, el patrón de reflexión/absorción de la cutícula que estudia el Dr. Reyes es un enfoque similar al de la morfología de contornos. En ambos casos, con métodos muy diferentes, se intenta captar alguna propiedad o rasgo global que pueda ser específico.

El meollo de todos estos acercamientos es dar con un método y con un rasgo (si lo hay) que de cuenta de diferencias entre especímenes. Y, a ser posible, como bien explicaba Ankxo del método de Reyes, que sea fácil de realizar y poco costoso.

Este problema me recuerda mucho a una asignatura en psicologia que acabo de realizar. Diferencias individuales y diversidad. El problema se da cuando se intentan classificar los grupos en categorias, sean de género, étnicos, por edat. Por ejemplo, hay diferencias en orientación espacial entre hombres y mujeres. Sin embargo, estas diferencias són mucho menores que las que pueden tener dos mujeres entre si o dos hombres entre si. El mismo pasa en genética y las etnias, creo haver leído un estudio que habla sobre que són más iguales geneticamente los ingeses y los àrabes que dos àrabes entre si.
Todo esto para decir que quizás una solución a este problema, quizás seria estadística. Quizás no funcione con un solo ejemplar, quizás seria necesario comprobar unas cuantas hormigas, hacer una media y esa media seria lo que nos diria de que especie se trata.
Aunque eso no soluciona el problema de encontrar una estructura, si resolveria el problema de la variabilidad intraespecie o intracasta, segun la especie. No se.

Estos métodos de análisis de formas se basan en buena parte en la estadística. Y necesitan desde luego de muchas muestras para sacar conclusiones. Otra cosa es que cuando ya se ha determinado la forma de una estructura en un grupo de especies –como ocurre con la base de datos de los otolitos de los teleósteos–, basta entonces con una muestra a estudiar para determinar a qué especie pertenece.

Hace unos meses escribí al japonés Hiroyoshi Iwata, autor de uno de los primeros programas basados en estas técnicas de análisis morfológico (SHAPE: http://cse.naro.affrc.go.jp/iwatah/shape/#_References). Le envié una imagen con 6 mandíbulas correspondientes a 6 especies de hormigas. Os transcribo las preguntas que le hice y sus respuestas, que pueden dar una idea de las posibilidades de estos métodos:


¿Es posible asignar valores numéricos a cada mandíbula?

Sí. Es posible cuantificar la variación de la forma de cada mandíbula mediante los componentes principales de los descriptores elípticos de Fourier. Los componentes principales, y también los descriptores elípticos de Fourier, pueden calcularse con SHAPE. El siguiente artículo puede serte de buena ayuda: Tatsuta H, MIzota K, Akimoto, S-I (2004) Relationship between size and shape in the sexually dimorphic beetle Prosopocoilus inclinatus (Coleoptera: Lucanidae). Biological Journal of the Linnean Society, 81: 219-233.
En este artículo los autores estudian la variación de la forma, incluyendo las desmesuradas mandíbulas del ciervo volante. La forma de las mandíbulas del ciervo volante fue cuantificada con éxito mediante los componentes principales de los descriptores elípticos de Fourier.
Aunque la forma de las mandíbulas del ciervo volante sea diferente de la de las hormigas, creo que un enfoque similar será también eficiente en las hormigas.

¿Cuántas mandíbulas se requerirían para obtener buenos resultados?

Creo que serían necesarias un mínimo de 100 mandíbulas. Por tanto, hace falta recoger al menos 20 muestras por especie (6 x 20 = 120). Desde luego, mientras más mejor.

¿Hay alguna forma sencilla de interpretar los resultados numéricos de SHAPE para establecer la diferenciación entre las distintas mandíbulas?

La variación de la forma puede apreciarse visualmente usando los diagramas de dispersión y los histogramas de los componentes principales. La diferenciación de forma entre especies puede testearse mediante el Análisis de Varianza (ANOVA) de los componentes principales. La diferenciación entre pares de especies puede testearse igualmente con el test de comparación múltiple de los componentes principales. También puedes diseñar la clasificación de la forma de las mandíbulas de hormigas empleando el análisis discriminante de los componentes principales. En todo caso, el artículo antes mencionado te será de buena ayuda.

Por lo que parece, pues, el trabajo duro es caracterizar matemáticamente la forma de la estructura a estudiar. Después por lo que veo para detectar diferencias se usa un armamento estadístico habitual.

A lo de las muestras que dice Hiroyoshi Iwata, añadiría que harían falta ejemplares de varios tamaños... Sino, las alometrías jugarían una mala pasada.

Como comentaba más arriba, además del programa de Iwata basado en las elípticas de Fourier (y que puede descargarse de su web con el manual) hay ahora otros métodos más recientes (Wavelet y “Curvature Scale Space”). Incluso con mínimos conocimientos de matemáticas (que otra cosa sería la adecuada interpretación de los datos) los programas son fáciles de usar.

Como apunta Chousas, hay que plantearse con mucho cuidado qué estructura se va a medir. Pero todo esto está tan en sus comienzos que no hay nada como ponerse a probar. Ya solo poner en acción el programa SHAPE de Iwata resulta interesante, por ejemplo viendo como, casi por arte de magia, las armónicas de Fourier se van ajustando cada vez más a la forma de una mandíbula…

Pero sigo viendo que la verdadera dificultad, la parte más interesante y compleja, es dar con una estructura adecuada y fácil de preparar. Una estructura que permita ser fotografiada con suficiente contraste con el fondo para facilitar la extracción de su contorno. Y que pueda conservarse, y que se aisle del resto del cuerpo sin demasiada dificultad…

Una vez escogida la estructura y el método de laboratorio, las técnicas de morfología geométrica vuelan como los albatros.

Fascinante!!, como diría Spock.

Bueno, bueno, bueno...

hace días que me estoy mirando este post casi con melancolía pues el tema de las formas me interesa muchísimo, pero cuando entramos en los límites taxonómicos actuales de la taxonomía "profunda" de las hormigas, la verdad me pierdo un poco y tengo un poco de desazón cuando veo las sutilezas "Seiferianas" que producen tanto debate entre nuestros expertos... (casos como el de Lasius, Tetramorium grupo caespitum, etc.).

Y de pronto se me ha abierto una lucecita, una inspiración. Pero antes os pongo un poco en antecedentes, casi en plan confesión. Resulta, como algunos ya sabéis, que acostumbro a batir todos los récords de longevidad en cuanto a términos de plazos "académicos". Hace ya tiempo que estoy dándole vueltas a mi proyecto doctoral. Hace unos meses he renunciado a la vía que había iniciado ya hace tiempo sobre la "Endosimbiosis en las hormigas", debido principalmente a que la investigación en este campo requiere unas ayudas de laboratorio y de infraestructura que nunca podrán estar a mi alcance. Sin embargo, he retomado la iniciativa por otra vía: las hormigas como bioindicadoras y la importancia que tienen sus grupos funcionales en el monitoring (seguimiento) para las ciencias ambientales y la gestión de los espacios naturales. Actualmente estoy en ello y voy un poco contra reloj pues se me acaba el plazo para presentar mi proyecto de investigación previo a la Tesis.

Y después de este rollo, os planteo mi inquietud. Está demostrada la importancia de las hormigas como bioindicadoras y su idoneidad, debido principalmente a que el taxon cumple con las 5 condiciones para serlo:
1) distribución, abundancia y riqueza
2) importancia funcional en los ecosistemas
3) sensibles a los cambios ambientales
4) facilidad de muestreo, clasificación e identificación
5) factible interpretación de los cambios observados

Fijaros en el punto "4". Para nosotros, los mirmecólogos, la ordenación en grupos funcionales es muy fácil pues sólo se trata de adscribir todas las especies muestreadas a grupos como C cryptic species, DD dominant Dolichoderinae, GM generalized Myrmicinae, O opportunists, SC subordinate Camponitini, SP specialist predators, etc.
Pero a la hora de la verdad, si queremos que las hormigas sean los organismos estrella a la hora de analizar el estado de un espacio natural, agrícola o lo que sea, los gigantescos y numerosísimos muestreos no pueden estar dependiendo de unos pocos especialistas (no hace falta que os recuerde el cuello de botella y el esfuerzo personal de kiko y xeg con los muestreos de la Mirmecocenosis ibérica que estamos realizando).
Ahora viene la pregunta. Esta potente herramienta de reconocimiento de formas que nos ha presentado josemary ¿no se podría aplicar también para clasificar especies de hormigas "al por mayor"? Es decir, se tendrían que considerar sólo los tamaños y formas más laxas de los géneros y de algunos grupos de especies. Lo digo para aportar un instrumento generalizado de facil aplicación por profanos en cuanto a mirmecología (gestores de espacios naturales, voluntarios, estudiantes, agricultores, etc. etc.), lo cual permitiría extender la importancia de las hormigas como bioindicadoras en todos los ámbitos de las ciencias ambientales, agricultura, bosques, etc.

Esto esta muy bién. Segun entiendo, aunque no sea muy precisa en concretar una especie, quizas seria muy útil en segun que ambitos. Es eso?

Enjundioso mensaje el de Xauxa. Además de enterarse uno hacia donde se dirigen ahora sus investigaciones académicas, se termina aprendiendo qué son los grupos funcionales de hormigas y sus denominaciones; y, por el mismo precio, cuáles son las condiciones requeridas para que un taxón pueda ser considerado bioindicador. No está mal.

La pregunta que nos hace es del mayor interés: ¿Podrán estos métodos de análisis de las formas servir para una fácil determinación de géneros o grupos de hormigas? Creo que es muy difícil de responder. De momento, la puesta a punto de cualquier técnica me parece complicada. Más arriba comentaba la necesidad, para el caso de las hormigas, de escoger una estructura adecuada. Ello requiere aislarla, conservarla serialmente, fotografiarla en condiciones estándar, extraer el contorno y, finalmente, aplicar los métodos de análisis morfológicos de que estamos hablando.

Pero la posibilidad de encontrar métodos asequibles no es una utopía. Me imagino un protocolo de este tipo: “coja la hormiga, haga tal para extraer tal estructura, póngala sobre corcho blanco y haga una fotografía. El programa MorphAIM realizará la determinación”. ¿Por qué no?

Pero me parece por ahora un camino inhóspito. Os pondré un ejemplo entre los más complicados para extraer el contorno: el perfil del tórax. He cogido dos imágenes de hormigas.org y las he manipulado con Photoshop, extrayendo después el contorno, de forma automática, con el software de análisis de imagen ImageJ. Con otra iluminación y otro fondo en las fotografías originales se haría con mucha mayor facilidad y perfección. Esos contornos en negro son la clave. Si se obtienen fidedignamente de alguna estructura, pueden abrir un campo nuevo.