Phalangeal formula, topological insights, and symmetry in the manus of Lepidosauria

Autores
Fontanarrosa, Gabriela; Dos Santos, Daniel Andrés; Rasskin Gutman, Diego
Año de publicación
2025
Idioma
inglés
Tipo de recurso
artículo
Estado
versión publicada
Descripción
La fórmula falangeal (FF) describe la configuración esquelética de las regiones digitales del autopodio. Investigaciones previas identificaron 53 fórmulas únicas en las manos de Lepidosuauria siendo 2-3-4-5-3 la fórmula falangeal plesiomorfica (FFP). Aquí proponemos un nuevo método analítico que trata a la FF como una matriz, aplicando técnicas de procesamiento de imágenes para analizar nuevos patrones organizativos, incluida la simetría. Cuantificamos el grado de simetría de las 53 FFs mediante una puntuación de simetría que captura la coincidencia entre las imágenes originales y sus versiones transformadas tras ciertas operaciones geométricas. Descubrimos que la FFP revela un eje de simetría diagonal no advertido anteriormente, un patrón altamente improbable comparado con miles de FFs generadas aleatoriamente. En un análisis de componentes principales (PCA) de los valores de simetría de las 53 PFs, el CP1 mostró una correlación significativa con el número total de falanges, mientras que el CP2 reflejó la variabilidad en la cantidad de falanges entre los distintos dedos. El PCA resumió eficazmente la variabilidad subyacente de los datos, revelando una tendencia de reducción en el número de falanges (CP1) y el grado de diversidad de arreglos de FF (CP2). Este enfoque podría revelar patrones de simetría ocultos en otros linajes.
The phalangeal formula (PF) describes the skeletal configuration of the digital regions of the autopodia. The plesiomorphic phalangeal formula (PPF) for the Lepidosauria manus is 2‐3‐4‐5‐3. Previous research identified 53 unique PFs in lepidosaurians. Here, we propose a new analytical method treating the PF as a matrix, applying image processing techniques to analyze new organizational patterns including symmetry. We quantified the degree of symmetry of the 53 lepidosaurian PFs through a symmetry score capturing the overlap between the original images and their transformed counterparts after specific geometric operations. We found that the PPF revealed a previously unnoticed diagonal axis of symmetry, a pattern highly improbable compared to thousands of randomly generated PFs. In a PCA of the 53 lepidosaurian PFs symmetry scores, PC1 was significantly correlated with the total number of phalanges whereas PC2 reflected the variability in phalangeal counts among different digits. The PCA effectively summarized the underlying variance of the symmetry scores data, elucidating a reduction trend in phalanx count (PC1) and the degree of diversity of PF arrangements (PC2). This approach is useful for addressing symmetry in meristic characters and systems of articulated pieces which could reveal hidden symmetry patterns in other lineages.
Fil: Fontanarrosa, Gabriela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Biodiversidad Neotropical. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Naturales e Instituto Miguel Lillo. Instituto de Biodiversidad Neotropical. Instituto de Biodiversidad Neotropical; Argentina
Fil: Dos Santos, Daniel Andrés. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Biodiversidad Neotropical. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Naturales e Instituto Miguel Lillo. Instituto de Biodiversidad Neotropical. Instituto de Biodiversidad Neotropical; Argentina
Fil: Rasskin Gutman, Diego. Universidad de Valencia; España
Materia
FORM ORGANIZATION
LIMB EVOLUTION
MANUS CONFIGURATION
DIGITS
Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
https://creativecommons.org/licenses/by/2.5/ar/
Repositorio
CONICET Digital (CONICET)
Institución
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
OAI Identificador
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The phalangeal formula (PF) describes the skeletal configuration of the digital regions of the autopodia. The plesiomorphic phalangeal formula (PPF) for the Lepidosauria manus is 2‐3‐4‐5‐3. Previous research identified 53 unique PFs in lepidosaurians. Here, we propose a new analytical method treating the PF as a matrix, applying image processing techniques to analyze new organizational patterns including symmetry. We quantified the degree of symmetry of the 53 lepidosaurian PFs through a symmetry score capturing the overlap between the original images and their transformed counterparts after specific geometric operations. We found that the PPF revealed a previously unnoticed diagonal axis of symmetry, a pattern highly improbable compared to thousands of randomly generated PFs. In a PCA of the 53 lepidosaurian PFs symmetry scores, PC1 was significantly correlated with the total number of phalanges whereas PC2 reflected the variability in phalangeal counts among different digits. The PCA effectively summarized the underlying variance of the symmetry scores data, elucidating a reduction trend in phalanx count (PC1) and the degree of diversity of PF arrangements (PC2). This approach is useful for addressing symmetry in meristic characters and systems of articulated pieces which could reveal hidden symmetry patterns in other lineages.
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