Jamie Maclaren postdoc mandaat FWO

Onderzoek Jamie Maclaren

Onderzoeksgroep

Transitie van land naar water in herbivore zoogdieren: functionele morfologie en prestatie. 01/11/2024 - 31/10/2027

Abstract

Vele terrestrische zoogdieren kunnen zwemmen, maar slechts enkele groepen werden volledig aquatisch. Anderzijds zijn meerdere taxa, waaronder ook iconische planteneters (o.a. hippo's, tapirs, capibaras, etc.), semi-aquatisch. Vergeleken met carnivoren blijft het onderzoek naar de evolutieve 'land-naar-water' transitie van herbivoren beperkt, zeker wat betreft de adaptatie aan- en het gebruik van de poten in, zowel een terrestrische als aquatische habitat. Dit project zal gebruik maken van functioneel morfologische- en in-vivo kinematische analyses en computationele dynamische stroming-simulaties (CFD) om voortbeweging van recente en uitgestorven herbivore (semi-) aquatische zoogdieren te vergelijken. Musculo-skeletale anatomie en gewrichtsbeweeglijkheid zal bij recente soorten worden onderzocht. Op basis daarvan worden realistische voorpootmodellen van uitgestorven fauna gereconstrueerd. De kinematische data zullen dynamische simulaties met deze modellen (recent zowel als uitgestorven) aansturen om zo inzicht te verwerven in de zwemprestatie van een brede range aan herbivore taxa. Deze studie is de eerste in zijn soort en moet resulteren in solide fundamentele kennis voor verder exploratief onderzoek van de aquatische voortbeweging bij fossielen. Zij zal voorspellingen mogelijk maken betreffende potentiële overlevings- en verspreidingscapaciteit van zoogdieren in terrestrische- en kustbiomen bij de te verwachten zeespiegelstijging in de nabije toekomst.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Ontwarren van de fylogenetische relaties en eettechnieken van zeeroofdieren via een geïntegreerde paleobiologische benadering. 01/11/2024 - 31/10/2026

Abstract

Pinnipedimorfen, zijn semi-aquatische zoogdieren die evolueerden van een terrestrische voorouder naar een leven in het water. Hierbij ontwikkelden ze fysieke aanpassingen om efficiënt te kunnen voortbewegen en jagen in het water. Deze pinnipedimorfen omvat alle levende en uitgestorven zeeroofdieren, evenals hun directe voorouders (e.g. Enaliarctos). Aangezien ze nog steeds afhankelijk zijn van het land om te rusten en zich voort te planten, maar afhankelijk zijn van het water voor hun voedsel, wordt dat laatste vaak gezien als wat hen naar een leven in het water dreef. Dit onderzoeksproject focust op de morfologie en functie van de onderkaak van pinnipedimorfen, gebruikmakend van geometrische morfometrie en eindige-elementenanalyse om de evolutionaire functionele veranderingen ervan te begrijpen. Dit vereist echter een goede fylogenetische basis om evolutionaire aanpassing stap voor stap te kunnen volgen en begrijpen. Deze ontbreekt echter, met vraagtekens bij de monofylie van het geslacht Enaliarctos, de oudste stam-pinnipedimorfen; en de vraag of de enigmatische geslachten Puijila en Potamotherium nu marterachtigen of pinnipedimorfen zijn? In de schoot van dit project zal een robuste fylogenetische studie van deze soorten en geslachten de basis vormen voor morfofunctionele vergelijkingen van de eetpatronen tussen pinnipedimorfen en hun nauwste verwanten. De resultaten hiervan zullen de basis vormen van verdere studies naar de land-naar-zee-evolutie van pinnipedimorfen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Onderzoek naar de evolutie en functionele morfologie van aquatische voortbewegingsaanpassingen in huidige en uitgestorven marterachtigen. 01/11/2024 - 31/10/2026

Abstract

Semi-aquatische marterachtigen hebben een secundaire transitie ondergaan om zich aan te passen aan het leven in een aquatische omgeving. Locomotie op het land en in het water gebeurt in een sterk verschillend medium en stelt hierdoor verschillende eisen aan de voortbeweging. Dit zorgt voor een belangrijke compromis bij semi-aquatische dieren. De Mustelidae bieden een unieke kans omdat ze de enige zoogdier familie is met een volledig spectrum aan aquatische specialisatie binnen haar soorten; van volledig terrestrisch, tot soorten die gespecialiseerd zijn om te opereren in een bijna volledig aquatische niche. Dit spectrum biedt inzichten in de 'trade-off's' en evolutie van de aanpassingen aan een semi-aquatisch leven. Dit project zal gebruik maken van vergelijkende functionele anatomie (spierarchitectuur gebaseerd op manuele en digitale dissectie) en kinematica van de voorbeweging om musculoskeletale modellen te bouwen. Met deze modellen kan nagegaan worden hoe goed de spiercontractie regimes van deze soorten aangepast zijn aan de twee verschillende omgevingen en wat dus de functionele betekenis is van de morfologische aanpassingen. Deze modellen zullen dan gebruikt en aangepast worden voor het modelleren van uitgestorven otters om zo inzicht te krijgen in de prestaties en de manier waarop deze soorten zich waarschijnlijk voortbewogen. Deze verschillende soorten, uit verschillende fossiele tijdsperioden en niches, zullen inzicht geven in de evolutie van locomotie bij de otter.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Het gebruik van multi-body statische simulaties om het macro-evolutionaire landschap van de voortbeweging bij onevenhoevigen te onderzoeken. 01/11/2021 - 31/10/2024

Abstract

Paardachtigen zijn één van de meest herkenbare hedendaagse zoogdiergroepen. Toch worden ze gekenmerkt door opvallende morfologische aanpassingen, vooral in de voorpootmorfologie die in de loop van de evolutie van vier- naar één-tenig veranderde. Om deze evolutie volledig te begrijpen moeten we de paardachtigen in de context van de andere Perissodactyla (onevenhoevigen) bestuderen. Tapirs zijn hedendaagse verwanten van paarden die, net zoals de uitgestorven voorouder, de vier tenen op de voorpoten hebben behouden. Tapirs en paarden vertegenwoordigen zo de twee uiterste pootmorfologieën binnen Perissodactyla. Van hieruit kan het onderzoek naar de transitie van vier- naar één-tenigheid worden aangevat. Gedurende miljoenen jaren bleven immers, naast één-, ook drie-tenige soorten bestaan. Het hier voorgestelde project zal, gebruikmakend van multi-lichaam-modellering en steunend op musculaire informatie van recente soorten, de functionaliteit van de 'tenen' van de voorpoot doorheen de evolutie bestuderen. Met statische musculo-skeletale optimisatie-modellen van de voorpoot van vier-, drie en één-tenige Perissodactlya zal de musculaire output worden geminimaliseerd waarna kan worden nagegaan welke 'tenen' betrokken zijn in voortbeweging. Via deze aanpak zal worden getracht om de voortbeweging van uitgestorven paardachtigen te reconstrueren en zullen de evolutionaire veranderingen van de paarden-voorpoot in een macroevolutionair landschap worden gepositioneerd.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Vergelijkende functionele en ecologische morfologie van de perissodactyl ledemaat: inzicht in de adaptieve evolutie van de paardachtigen. 01/10/2016 - 30/09/2018

Abstract

Dit project betreft fundamenteel kennisgrensverleggend onderzoek gefinancierd door het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek-Vlaanderen. Het project werd betoelaagd na selectie door het bevoegde FWO-expertpanel.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Vergelijkende functionele en ecologische morfologie van de perissodactyl ledemaat: inzicht in de adaptieve evolutie van de paardachtigen. 01/10/2014 - 30/09/2016

Abstract

Dit project betreft fundamenteel kennisgrensverleggend onderzoek gefinancierd door het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek-Vlaanderen. Het project werd betoelaagd na selectie door het bevoegde FWO-expertpanel.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Biomechanische analyse van hedendaagse Perissodactyli soorten: inzage in de evolutie van de morfologie van de poot van paardachtigen. 01/10/2013 - 30/09/2014

Abstract

Een van de meest bekende evolutielijnen is deze van de paardachtigen. Deze wordt dikwijls voorgesteld als een opeenvolging van overgangsfossielen van een viertenig dier ter grootte van een hond tot het huidige gedomesticeerde paard. Echter, deze reeks van overgangsfossielen zit verspreid over de fylogenetische boom. De huidige hypothese is dat de reductie van het aantal tenen voordelig is voor een cursoriale (lopend) levenswijze. De verlenging van de distale pootsegmenten en het lopen op de tip van de tenen zorgen voor grotere staplengtes met grotere loopsnelheden tot gevolg. Om de langere poten lichter te maken zodat ze gemakkelijker naar voren kunnen worden gebracht, werd het aantal tenen gereduceerd. De middelste teen werd versterkt om stabiliteit te behouden. Nadelen van het lopen op de middelste teen is een afname in behendigheid en in de mogelijk tot het lopen over zachte substraten. Dit project stelt voor om het beschreven scenario te doorgronden via een gedetailleerde vergelijkende studie op paarden en hun nog levende verwanten. Door de anatomie en bewegingen van ezels, zebra's, paarden en de verwante tapirs en neushoorns te bestuderen krijgen we inzicht in de mechanismen verantwoordelijk voor de reductie in het aantal tenen. De pootbewegingen zullen worden geregistreerd met behulp van twee hoge snelheidscameras. Tegelijkertijd worden de krachten en de drukken onder de hoeven gemeten. Deze informatie kan dan vervolgens gecombineerd worden met massadistributie-data in een zogenaamde inverse dynamische analyse. Dit geeft voor elk gewricht het verloop van het netto moment en vermogen in de tijd, een indicatie voor de motor controle verantwoordelijk voor de beweging. Deze patronen kunnen we dan vergelijken tussen de soorten waarna we een link tussen de anatomie en de motor controle leggen. De experimenten op de levende dieren zullen gebeuren in samenwerking met Europese zoos. Een ander luik is de anatomie van de poot. Gedetailleerde informatie over gewrichtsoppervlakken en rotatieassen zullen worden geëxtraheerd uit 3D scans van de botten van de poten van de soorten waarvan we ook bewegingsanalyses hebben. De experimenten op de osteologische specimens zullen gebeuren in samenwerking met Europese musea. Evolutionare modellen zullen worden gebruikt om na te gaan hoe pootanatomie en motor controle binnen de Perissodactyli zijn gelinkt. Dit werk zal een basis vormen voor toekomstig werk op de fossiele voorouders van het genus Equus.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject