Metodologia a seguir per la reconstrucció d’imatges mèdiques i la seva transformació en geometries mallades per a l’ús computacional

Estudi elaborat a partir d’una estada a l'Imperial College of London, Gran Bretanya, entre setembre i desembre 2006. Disposar d'una geometria bona i ben definida és essencial per a poder resoldre eficientment molts dels models computacionals i poder obtenir uns resultats comparables a la realitat del problema. La reconstrucció d'imatges mèdiques permet transformar les imatges obtingudes amb tècniques de captació a geometries en formats de dades numèriques . En aquest text s'explica de forma qualitativa les diverses etapes que formen el procés de reconstrucció d'imatges mèdiques fins a finalment obtenir una malla triangular per a poder‐la processar en els algoritmes de càlcul. Aquest procés s'inicia a l'escàner MRI de The Royal Brompton Hospital de Londres del que s'obtenen imatges per a després poder‐les processar amb les eines CONGEN10 i SURFGEN per a un entorn MATLAB. Aquestes eines les han desenvolupat investigadors del Bioflow group del departament d'enginyeria aeronàutica del Imperial College of London i en l'ultim apartat del text es comenta un exemple d'una artèria que entra com a imatge mèdica i surt com a malla triangular processable amb qualsevol programari o algoritme que treballi amb malles.

La variació de la mida i forma del crani al llarg de l'evoluació dels homínids: aplicació a les restes de Dmanisi (Geòrgia)

Treball de recerca realitzat per un alumne d'ensenyament secundari i guardonat amb un Premi CIRIT per fomentar l'esperit cientí­fic del Jovent l'any 2009. El treball que es presenta és un estudi sobre la mida i la forma del crani en diferents espècies d'homínids. El treball es va realitzar a la Facultat de Biologia de la Universitat de Barcelona, a la Unitat d Antropologia. L'estudi de la mida es va realitzar a partir de mesures craniomètriques utilitzades en antropologia física clàssica. L'estudi de la forma es va realitzar aplicant una tècnica novedosa en aquest camp, la morfometria geomètrica. Es van estudiar 52 cranis de 12 espècies diferents d'homínids des dels més antics, els Australopithecus, fins formes modernes d'Homo sapiens. L'estudi de les diferents espècies d'homínids va servir de base per intentar classificar uns individus trobats a Europa, al jaciment de Dmanisi. Aquests individus es troben immersos en una gran debat en quant a la seva assignació taxonòmica ja que són les restes més antigues trobades al continent europeu (1,8 milions d'anys). Els resultats de l'estudi indiquen que els individus de Dmanisi es troben entre les formes africanes i asiàtiques, podriem parlar doncs d'una espècie de transició.

Análisis morfométrico de la extremidad anterior en Carnivora

Durante los cuatro años de disfrute de la beca (2006 – 2009) se ha consolidado una base de datos de medidas osteológicas del esqueleto apendicular de numerosas especies del O. Carnivora. Concretamente, se han medido 364 individuos de 126 especies. Los ejemplares pertenecían a las colecciones del Phyletisches Museum (Jena, Alemania), el Museum für Naturkunde (Berlín, Alemania), el Museu de Ciències Naturals de la Ciutadella (Barcelona, España), el Múseum National d'Histoire Naturelle (París, Francia), y el Museo Nacional de Ciencias Naturales (Madrid, España). Asimismo, con estos datos se han estado preparando tres artículos sobre la morfología de ciertos elementos del esqueleto apendicular en carnívoros, dos de los cuales se encuentran actualmente en estado de revisión para su publicación científica. Dos de ellos, "Scapula, habitat and locomotion in Carnivora" y "Size and shape in the carnivore scapula", relacionan la morfología escapular con factores como el tamaño del animal, el tipo de locomoción que presenta y el hábitat en el que se encuentra; el primero mediante metodología multivariante (análisis funcional) y el segundo bajo las nuevas técnicas de morfometría geométrica. El tercer artículo, "Scaling and mechanics in the carnivore calcaneus: A comparison of natural and artificial selection", evalúa el efecto de diferentes tipos de selección, natural frente a artificial, sobre la morfología del calcáneo y su influencia en la biomecánica de este hueso. Finalmente, también se ha desarrollado un estudio experimental sobre la búsqueda de estabilidad durante la locomoción arbórea, cuyos resultados han dado lugar al artículo "The search for stability on narrow supports: An experimental study in cats and dogs", que también se halla bajo revisión actualmente.

Neogene antecedents of the modern human hand and its relation to bipedalism

El present projecte s'ha dut a terme a l'American Museum of Natural History (AMNH, New York) entre el 31 de Desembre de 2010 i el 30 de Desembre de 2012. L'objectiu del projecte era elucidar la història evolutiva de la mà humana: traçar els canvis evolutius en la seva forma i proporcions que van propiciar la seva estructura moderna que permet als humans manipular amb precisió. El treball realitzat ha inclòs recol•lecció de dades i anàlisis, redacció de resultats i formació en mètodes analítics específics. Durant aquest temps, l'autor a completat la seva de base de dades existent en mesures lineals de la mà a hominoides. També s'han agafat dades del peu; d'aquesta forma ara mateix es compta amb una base de dades amb més de 500 individus, amb més de 200 mesures per cada un. També s'han agafat dades en tres imensions utilitzant un làser escàner. S'han après tècniques de morfometria geomètrica 3D directament dels pioners al camp a l'AMNH. Com a resultat d'aquesta feina s'han produït 10 resums (publicats a congressos internacionals) i 9 manuscrits (molts d'ells ja publicats a revistes internacionals) amb resultats de gran rellevància: La mà humana posseeix unes proporcions relativament primitives, que són més similars a les proporciones que tenien els hominoides fòssils del Miocè que no pas a la dels grans antropomorfs actuals. Els darrers tenen unes mans allargades amb un polzes molt curts que reflexen l'ús de la mà com a eina de suspensió sota les branques. En canvi, els hominoides del Miocè tenien unes mans relativament curtes amb un polze llarg que feien servir per estabilitzar el seu pes quan caminaven per sobre de les branques. Una vegada els primers homínids van aparèixer al final del Miocè (fa uns 6 Ma) i van començar a fer servir el bipedisme com a mitjà més comú de locomoció, les seves mans van ser "alliberades" de les seves funcions locomotores. La selecció natural—ara només treballant en la manipulació—va convertir les proporcions ja existents de la mà d'aquests primats en l'òrgan manipulatori que representa la mà humana avui dia.

Patterns of variability of retinol levels in a harbour porpoise population from an unpolluted environment

Organochlorine compounds (OC) are known to induce vitamin A (retinoids) deficiency in mammals, which may be associated with impairment of immunocompetence, reproduction and growth. This makes retinoids a potentially useful biomarker of organochlorine impact on marine mammals. However, use of retinoids as a biomarker requires knowledge about its intrapopulation patterns of variation in natural conditions, information which is not currently available. We investigated these patterns in a cetacean population living in an unpolluted environment. 100 harbour porpoises Phocoena phocoena from West Greenland were sampled during the 1995 hunting season. Sex, age, morphometrics, nutritive condition, and retinol (following saponification) and OC levels in blubber were determined for each individual. OC levels found were extremely low and therefore considered unlikely to affect the population adversely: mean blubber concentrations, expressed on an extractable basis, were 2.04 (SD = 1.1) ppm for PCBs and 2.76 (SD = 1.66) ppm for tDDT. The mean blubber retinol concentration for the overall population was 59.66 (SD = 45.26) mu g g(-1). Taking into account the high contribution of blubber to body mass, blubber constitutes a significant body site for retinoid deposition in harbour porpoises. Retinol concentrations did not differ significantly between geographical regions or sexes, but they did correlate significantly (p <0.001) with age. Body condition, measured by determining the lipid content of the blubber, did not have a significant effect on retinol levels but the individuals examined were considered to be in an overall good nutritive condition. It is concluded that measurement of retinol concentrations in blubber samples is feasible and has a potential for use as a biomarker of organochlorine exposure in cetaceans. However, in order to do so, biological information, particularly age, is critical for the correct assessment of physiological impact

Comparing multiple criteria for species identification in two recently diverged seabirds

Correct species identification is a crucial issue in systematics with key implications for prioritising conservation effort. However, it can be particularly challenging in recently diverged species due to their strong similarity and relatedness. In such cases, species identification requires multiple and integrative approaches. In this study we used multiple criteria, namely plumage colouration, biometric measurements, geometric morphometrics, stable isotopes analysis (SIA) and genetics (mtDNA), to identify the species of 107 bycatch birds from two closely related seabird species, the Balearic (Puffinus mauretanicus) and Yelkouan (P. yelkouan) shearwaters. Biometric measurements, stable isotopes and genetic data produced two stable clusters of bycatch birds matching the two study species, as indicated by reference birds of known origin. Geometric morphometrics was excluded as a species identification criterion since the two clusters were not stable. The combination of plumage colouration, linear biometrics, stable isotope and genetic criteria was crucial to infer the species of 103 of the bycatch specimens. In the present study, particularly SIA emerged as a powerful criterion for species identification, but temporal stability of the isotopic values is critical for this purpose. Indeed, we found some variability in stable isotope values over the years within each species, but species differences explained most of the variance in the isotopic data. Yet this result pinpoints the importance of examining sources of variability in the isotopic data in a case-by-case basis prior to the cross-application of the SIA approach to other species. Our findings illustrate how the integration of several methodological approaches can help to correctly identify individuals from recently diverged species, as each criterion measures different biological phenomena and species divergence is not expressed simultaneously in all biological traits.

Geographic assignment of seabirds to their origin: combining morphology, genetics and biogeochemical analyses

Longline fisheries, oil spills, and offshore wind farms are some of the major threats increasing seabird mortality at sea, but the impact of these threats on specific populations has been difficult to determine so far. We tested the use of molecular markers, morphometric measures, and stable isotope (δ15N and δ13C) and trace element concentrations in the first primary feather (grown at the end of the breeding period) to assign the geographic origin of Calonectris shearwaters. Overall, we sampled birds from three taxa: 13 Mediterranean Cory's Shearwater (Calonectris diomedea diomedea) breeding sites, 10 Atlantic Cory's Shearwater (Calonectris diomedea borealis) breeding sites, and one Cape Verde Shearwater (C. edwardsii) breeding site. Assignment rates were investigated at three spatial scales: breeding colony, breeding archipelago, and taxa levels. Genetic analyses based on the mitochondrial control region (198 birds from 21 breeding colonies) correctly assigned 100% of birds to the three main taxa but failed in detecting geographic structuring at lower scales. Discriminant analyses based on trace elements composition achieved the best rate of correct assignment to colony (77.5%). Body measurements or stable isotopes mainly succeeded in assigning individuals among taxa (87.9% and 89.9%, respectively) but failed at the colony level (27.1% and 38.0%, respectively). Combining all three approaches (morphometrics, isotopes, and trace elements on 186 birds from 15 breeding colonies) substantially improved correct classifications (86.0%, 90.7%, and 100% among colonies, archipelagos, and taxa, respectively). Validations using two independent data sets and jackknife cross-validation confirmed the robustness of the combined approach in the colony assignment (62.5%, 58.8%, and 69.8% for each validation test, respectively). A preliminary application of the discriminant model based on stable isotope δ15N and δ13C values and trace elements (219 birds from 17 breeding sites) showed that 41 Cory's Shearwaters caught by western Mediterranean long-liners came mainly from breeding colonies in Menorca (48.8%), Ibiza (14.6%), and Crete (31.7%). Our findings show that combining analyses of trace elements and stable isotopes on feathers can achieve high rates of correct geographic assignment of birds in the marine environment, opening new prospects for the study of seabird mortality at sea.