Anthony Herrel onbezoldigd medewerker

Onderzoek Anthony Herrel

Onderzoeksgroep

Analyse van vorm-functie relaties in complexe musculo-skeletale systemen aan de hand van computermodellering en meting van mechanische spanningdistributies en vervormingen 01/10/2010 - 30/09/2012

Abstract

Darwinvinken (Geospizinae) zijn een paradigma in het evolutionair en ecomorfologische onderzoek. Observaties toonden aan dat er natuurlijke selectie is van het type en vorm van de bek ten opzichte van het voorradige voedsel. Hoewel dit model belangrijk is in de evolutiebiologie, zijn er tot op heden geen kwantitatieve bewijzen voor het belang van het type en de vorm van de bek. Alleen via interdisciplinaire samenwerking wordt het mogelijk om met fysische realistische computationele modellering de heersende theorieën in de evolutiebiologie te valideren of te weerleggen. Via internationale samenwerking hebben we toegang tot zeldzame specimens van verschillende soorten. Belangrijk zijn de in-vivo bijtkrachten en bijtplaatsen, CT-beelden en histologische coupes van verschillende (beschermde) Darwinvinken en de fysiologische coupes waaruit maximum spierkracht kan berekend worden. Het onderzoek bestaat uit twee luiken. Enerzijds een computermodelleringgedeelte (Eindige elementen simulaties in FEBio), en anderzijds een experimenteel gedeelte om de noodzakelijke randvoorwaarden voor de simulaties te schatten, het model te valideren en te optimaliseren. Voor de validatie zullen we gebruik maken van een meer toegankelijke soort, namelijk rijstvogels (Padda oryzivora).

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Analyse van vorm-functie relaties in complexe musculo-skeletale systemen aan de hand van computermodellering en meting van mechanische spanningdistributies en vervormingen. 01/10/2008 - 30/09/2010

Abstract

Darwinvinken (Geospizinae) zijn een paradigma in het evolutionair en ecomorfologische onderzoek. Observaties toonden aan dat er natuurlijke selectie is van het type en vorm van de bek ten opzichte van het voorradige voedsel. Hoewel dit model belangrijk is in de evolutiebiologie, zijn er tot op heden geen kwantitatieve bewijzen voor het belang van het type en de vorm van de bek. Alleen via interdisciplinaire samenwerking wordt het mogelijk om met fysische realistische computationele modellering de heersende theorieën in de evolutiebiologie te valideren of te weerleggen. Via internationale samenwerking hebben we toegang tot zeldzame specimens van verschillende soorten. Belangrijk zijn de in-vivo bijtkrachten en bijtplaatsen, CT-beelden en histologische coupes van verschillende (beschermde) Darwinvinken en de fysiologische coupes waaruit maximum spierkracht kan berekend worden. Het onderzoek bestaat uit twee luiken. Enerzijds een computermodelleringgedeelte (Eindige elementen simulaties in FEBio), en anderzijds een experimenteel gedeelte om de noodzakelijke randvoorwaarden voor de simulaties te schatten, het model te valideren en te optimaliseren. Voor de validatie zullen we gebruik maken van een meer toegankelijke soort, namelijk rijstvogels (Padda oryzivora).

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Evolutie van multipele seksuele signalen bij hagedissen. 01/10/2007 - 30/09/2008

Abstract

De theorie van seksuele selectie verklaart waarom bij vele organismen extravagante signalen geëvolueerd zijn, hoewel deze kostelijk zijn in energetische termen, of hun drager zichtbaarder maken voor predatoren. De idee is dat het bezit van deze kenmerken voordelig is in de strijd met seksuele rivalen en/of bijdraagt tot de atractiviteit voor de andere sekse. Ruwweg kunnen drie mechanismen aangehaald worden om te verklaren hoe partnerkeuze evolueert en leidt tot seksuele signalen bij de andere sekse: (1) directe fitness-voordelen verbonden aan de keuze (vb. verhoogde ouderzorg en daardoor verbeterde overleving van de nakomelingen); (2) indirecte genetische voordelen door overerving van genen belangrijk voor de overleving (Zahavi's handicap-principe) of voor de atractiviteit (Fishers runaway model); en (3) exploitatie van bestaande sensorische preferenties bij de ontvanger. Er bestaat nu aanzienlijke theoretische en empirische evidentie dat elk van deze mechanismen, afzonderlijk of simultaan, operationeel kunnen zijn. De meeste studies bekeken evenwel slechts één signaal tegelijkertijd, terwijl het steeds duidelijker wordt dat dieren hun partnerkeuze baseren op multipele signalen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Functionele consequenties en ecologische implicaties van extreme morfologische specialisatie: bouw en werking van het voedselopname-apparaat bij zeepaardachtigen (Syngnathidae). 01/01/2007 - 31/12/2010

Abstract

De globale doelstelling van dit onderzoeksproject is het achterhalen in welke mate de extreme morfologische specialisatie van het voedselopname-apparaat bij zeepaardjes en hun aanverwanten (Syngnathidae) een beperking heeft gelegd op de functionele capaciteit van dit apparaat, en in hoever dit een verklaring kan bieden voor de beperkte weerstand die ze lijken te kunnen bieden bij veranderende ecologische parameters (vooral dan deze met verschuivingen in voedselaanbod als gevolg ervan).

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Analyse van vorm-functie relaties in complexe musculo-skeletale systemen aan de hand van computermodellering en meting van mechanische spanningdistributies en vervormingen. 01/10/2006 - 30/09/2010

Abstract

Door fysische materiaal- en vormparameters te meten, en te incorporeren in een eindig elementen computermodel worden de functionele karakteristieken van musculo-skeletale structuren onderzocht in schedels van (Darwin) vinken, om zo de fenotypische variatie en ecologische diversiviteit te begrijpen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Evolutie van craniale morfologie in hagedissen: optimaal ontwerp of historisch fenomeen ? 01/10/2006 - 31/12/2008

Abstract

De schedelstructuur bij zoogdieren wordt door velen aangehaald als een klassiek voorbeeld van een optimaal ontwerp. Naarmate er echter meer experimentele data verschenen bleek echter dat, in tegenstelling tot de voorspellingen van heel wat theoretische modellen, de schedel bij zoogdieren helemaal niet zo 'optimaal' ontworpen was. Verassend genoeg is er echter bijzonder weinig geweten over het belang van mechanische optimalisatie van de schedelstructuur bij niet-zoogdieren. Hagedissen vertonen bijvoorbeeld veel meer variatie in schedelstructuur dan de meeste andere groepen vertebraten. In eerste instantie lijkt het echter aannemelijk dat deze variatie in schedelstructuur wel degelijk gerelateerd is aan de functionele eisen die aan de schedel gesteld worden. Om inzichten te verwerven in de bouw en functie van een mechanische structuur moeten de krachten die op de structuur uitgeoefend worden, alsook de vervormingen en spanningen die daardoor ontstaan nauwkeurig gemeten kunnen worden. Hiervoor kan er gebruikt gemaakt worden van rekstrookjes (Eng. strain gauges) die de locale vervormingen van het beenelement kunnen meten en, indien op de juiste manier gecalibreerd, inzichten kunnen verschaffen over de krachten die hiervoor verantwoordelijk zijn. In dit projekt zal door middel van de meting van de vervorming van de schedel bij hagedissen getest worden of het ontwerp gerelateerd is aan een functie tijdens de voedselopname.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Eilandpopulaties als modelsysteem voor snelle evolutie. 01/01/2006 - 31/12/2009

Abstract

Van in het prille begin (vb. Darwin 1845, Wallace 1859) tot op heden (vb. Losos et al. 1997, 2004) hebben biota van eilandengroepen een bijzondere rol gespeeld in de ontwikkeling van onze kennis over evolutionaire veranderingen en de vorming van nieuwe soorten. Eilanden van archipels zijn herhaalde, discrete en relatief eenvoudige entiteiten en vormen aid us een reeks van 'natuurlijke laboratoria', die kunnen gebruikt worden am algemene theorieen te toetsen (Whittaker 1998). De opmerkelijke verschillen in fenotype (morfologie, gedrag, ecologie, life history) tussen populaties van verschillende eilanden of tussen populaties van eilanden en het vasteland worden vrijwel steeds toegeschreven aan genetische divergentie, maar het is meestal onduidelijk welke evolutionaire processen (founder effect, genetische drift, natuurlijke selectie, introgressie,...) deze veranderingen zouden induceren (Barton 1989, Clarke & Grant 1996). Een alternatieve verklaring, dat de verschillen puur een gevolg zijn van fenotypische plasticiteit, wordt meestal zelfs niet in overweging genomen (Losos et al. 2000). In dit project willen wij gebruik maken van een zeldzame mogelijkheid am de oorzaken van fenotypische divergentie tussen (eiland-)populaties uit te pluizen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Origin and evolution of Anuran locomotion and its anatomical context. 01/01/2006 - 31/12/2007

Abstract

Springen is een karakteristieke locomotievorm bij kikkers. Dit is weerspiegeld in de unieke anatomie van de bekkengordel. De achterpoten zijn veel beter ontwikkeld dan de voorpoten, de staart is rudimentair en de ilia zijn naar achter toe verlengd zodanig dat het heupgewricht achter het sacrum is gelegen. Twee belangrijke hypothesen trachten de oorsprong van de saltatorische locomotie en de daaraan gekoppelde anatomische specialisties te verklaren. De eerste steunt hoofdzakelijk op fossiele data en argumenteert dat kikkers ontstonden uit aquatische temnospondyle larven. De tweede hypothese gaat uit van een strikt terrestrische oorsprong. In deze hypothese wordt gesteld dat er geen reden zou zijn om de undulatorische voortbeweging met een de afgeplatte staart van de ancestrale temnospondylen aan te passen indien de transitie van het pre-anure naar anure bouwplan in het aquatische milieu heeft plaatsgevonden. Deze controverse kan enkele worden opgelost door de werking van het musculo-skeletale pelvische apparaat bij kikkers te doorgronden. Daarom wordt de terrestrische en aquatische locomotie in relatie tot de anatomie bestudeerd bij recente soorten die zich in verschillende locomotievormen hebben gespecialiseerd (zwemmen, springen, graven, kruipen). Bijkomend wordt de functie van het locomotieapparaat onderzocht tijdens de ontogenetische transitie van water naar land. De resultaten moeten toelaten om de fossiele evidentie beter te interpreteren.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Effecten van lichaamsgrootte op de werking van de kopspieren bij de Afrikaanse katvis Clarias gariepinus. 01/05/2005 - 31/12/2006

Abstract

Voorgaand onderzoek naar de effecten van grootte op de werking van het voedselopname systeem bij de Afrikaanse katvis suggereren een discrepantie tussen de groei van de morfologie en de geobserveerde bewegingen. Het is het doel van het huidige project om deze schijnbare paradox te onderzoeken door de effecten van grootte op de werking vande spieren zelf te onderzoeken. Dit zal gebeuren in samenwerking met Dr. R. James (Coventry University), een expert op het gebied van spierfysiologie.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Evolutie en functie van het cranio-cervicaal systeem bij vertebraten. 01/10/2004 - 30/09/2007

Abstract

Het ontstaan van de terrestrische voedselopname en het ontstaan van de amniote schedel structuur zijn ongetwijfeld sleutelelementen geweest in de evolutie van vertebraten. Alhoewel er veel onderzoek is verricht omtrent de schedelstructuur en de voedingsmechanismen bij vogels en zoogdieren, is er nog relatief weing geweten over deze systemen bij "lagere" Tetrapoda. Nochtans is de studie van dergelijke basale groepen essentieel om evolutionaire processen beter te kunnen begrijpen. In het voorgestelde postdoctorale mandaat zullen, binnen het bovenstaande kader, twee topics meer in detail behandeld worden. Ten eerste zal er onderzoek verricht worden naar de neuromotorische basis van de voeding bij hagedissen, waarbij de vraagstelling rond stereotypie van motor-patronen een centrale rol zal spelen. Samenhangend daarmee zal ook het belang van feedback-systemen bij de coordinatie en de evolutie van de voedselopname bij hagedissen onderzocht worden. Het tweede luik van dit postdoctoraal onderzoek zal zich toespitsen op de ecomorfologie van het voedingsapparaat bij hagedissen. Hierbij zal in een expliciet vergelijkende studie, binnen een strikt fylogenetisch kader, onderzoek verricht worden naar het belang van een aantal prestatie parameters van het voedselopname apparaat. Deze aanpak moet toelaten om die elementen binnen het voedingssysteem te identificeren die een belangrijke rol gespeeld hebben in de evolutionaire diversificatie van de groep. De methodologie die zal aangewend worden voor de analyse van dergelijke gegevens (welke aangleerd zal worden in het lab. van Dr. D. Irschick, Tulane University - New Orleans) zal dan later gebruikt worden om ook elementen van neuro-motorische controle bij hagedissen te analyseren.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Evolutie van kopvorm en functie bij Caraïbische Anolis hagedissen. 01/01/2004 - 31/12/2006

Abstract

Waar `traditionele' evolutionaire biologen geloofden in de almachtige kracht van evolutie door natuurlijke slectie, ligt recentelijk meer nadruk op de studie van processen die evolutie vertragen of zelfs onmogelijk maken. Evolutionaire trade-offs treden bijvoorbeeld op indien verschillende functies vervuld door hetzelfde systeem verschillende functionele eisen stellen. Caraibische Anolis hagedissen zijn de laatste decennia tot een van de parade paardjes van de ecomorfologie uitgegroeid. Op elk eiland in de Caraiben zijn er namelijk, onafhanklijke van elkaar een reeks soorten ontstaan met zeer gelijkaardige morfologische en ecologische kenmerken, ecomorfen genaamd. Naast verschillen in pootdimensies, zijn er grote verschillen in kopvorm tussen de verschillende ecomorfen. Alhoewel men in het verleden wel eens gespeculeerd heeft over de mogelijke functionele relevantie van deze variatie in kopvorm is er echter nagenoeg niks geweten over de evolutie in kopvorm en functie bij deze dieren. De variatie in kopvorm tussen de ecomorfen lijkt zich vooral te situeren binnen een gradient van robust naar spits toe. De variatie in kopvorm bij deze hagedissen lijkt dus gestuurd te worden door een trade-off tussen bijtkracht en kaaksluitsnelheid. We verwachten dus dat soorten met langere kaken beter zullen zijn in het grijpen van evasieve prooien terwijl soorten met een robuste kopvorm beter zullen zijn in het verbrijzelen van harde prooien.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Functioneel- en ecomorfologische analyse van de aquatische voedselopname bij slangen. 01/10/2003 - 30/09/2004

Abstract

Omdat water 800 keer denser en 50 keer visceuzer is dan lucht, stelt het zeer strenge eisen aan de voedselopname van vertebraten. Een aquatische predator die naar een prooi toebeweegt, zal boeggolven (stuwing) veroorzaken die de prooi verder weg kunnen duwen, of langsheen de predator's kaken kunnen doen glippen. Om dergelijke stuwing te vermijden of om ervoor te compenseren, vinden we onder de aquatische vertebraten twee voedselopname systemen terug: filter- en zuigvoeding. Aquatische slangen lijken echter, met een kopmorfologie dat zeer gespecialiseerd is (aan de consumptie van grote prooien), niet in staat om aan filter- of zuigvoeding te doen. Toch voeden meer dan 300 slangensoorten zich in een aquatisch milieu. Binnen deze aquatische slangensoorten heerst er bovendien een grote variatie in kopmorfologie, voedingsgedrag en prooidieren. Door middel van hoge-snelheid video-opnames en stromingsvisualisatie van de aanvallen van Natrix maura en N. tesselata met veranderende predator- en prooi eigenschappen willen we inzicht krijgen in het precieze verloop van de aquatische voedselopname van slangen en in de factoren die dit proces beïnvloeden. Deze informatie zal aangevuld worden met metingen op een fysisch slangenmodel zodat het effect van een grotere range aan predator- en prooi eigenschappen onderzocht kan worden (functioneel morfologisch luik). Uiteindelijk zullen we trachten na te gaan of het mogelijk is om met de bekomen inzichten de grote variatie in kopmorfologie en voedingsgedrag onder aquatische slangen in verband te brengen met de variatie aan prooien dat ze prederen (ecomorfologisch luik). De kopmorfologie van verschillende aquatische slangensoorten zal gekwantificeerd worden door middel van metingen op museum exemplaren; het voedingsgedrag en het dieet van verschillende aquatische slangensoorten zal uit de literatuur verzameld worden.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Het effect van grootte op de bewegingen van het kaaksysteem van katvissen tijdens de voedselopname: een hoge-snelheids cineradiografische studie. 01/01/2003 - 31/12/2006

Abstract

Dat grootte een belangrijk effect op de werking van organismen is reeds lang gekend. Er zijn echter maar zeer weinig studies die het effect van grootte op de bewegingen van de kaken bij vissen tijdens de voedselopname hebben onderzocht. Dit is echter essentieel om vergelijkende studies correct te kunnen interpreteren. Daar de voedselopname bij vissen een complex en zeer rap fenomeen is zal dit onderzocht worden door middel van hoge-snelheids-cineradiografie.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Cinéradiografie : een belangrijke onderzoeksmethode in het functioneel morfologische onderzoek bij vertebraten. 01/01/2002 - 31/12/2005

Abstract

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Evolutie en functie van het craniocervicaal apparaat bij squamata. 01/10/2001 - 30/09/2004

Abstract

Het ontstaan van de terrestrische voedselopname en het ontstaan van de amniote schedel structuur zijn ongetwijfeld sleutelelementen geweest in de evolutie van vertebraten. Alhoewel er veel onderzoek is verricht omtrent de schedelstructuur en de voedingsmechanismen bij vogels en zoogdieren, is er nog relatief weing geweten over deze systemen bij "lagere" Tetrapoda. Nochtans is de studie van dergelijke basale groepen essentieel om evolutionaire processen beter te kunnen begrijpen. In het voorgestelde postdoctorale mandaat zullen, binnen het bovenstaande kader, twee topics meer in detail behandeld worden. Ten eerste zal er onderzoek verricht worden naar de neuromotorische basis van de voeding bij hagedissen, waarbij de vraagstelling rond stereotypie van motor-patronen een centrale rol zal spelen. Samenhangend daarmee zal ook het belang van feedback-systemen bij de coordinatie en de evolutie van de voedselopname bij hagedissen onderzocht worden. Het tweede luik van dit postdoctoraal onderzoek zal zich toespitsen op de ecomorfologie van het voedingsapparaat bij hagedissen. Hierbij zal in een expliciet vergelijkende studie, binnen een strikt fylogenetisch kader, onderzoek verricht worden naar het belang van een aantal prestatie parameters van het voedselopname apparaat. Deze aanpak moet toelaten om die elementen binnen het voedingssysteem te identificeren die een belangrijke rol gespeeld hebben in de evolutionaire diversificatie van de groep. De methodologie die zal aangewend worden voor de analyse van dergelijke gegevens (welke aangleerd zal worden in het lab. van Dr. D. Irschick, Tulane University - New Orleans) zal dan later gebruikt worden om ook elementen van neuro-motorische controle bij hagedissen te analyseren.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Inzichten in de evolutie en de stabiliteit van de bewegingscontrole van spierbotsystemen door middel van digitale registratie en verwerking van electromyografische signalen. 01/01/2001 - 31/12/2003

Abstract

Het aangevraagde krediet beoogt de aankoop van een TEAC RD 145T digitale DAT recorder en 4 Gould versterkers. Deze toestellen moeten ons toelaten om directe digitale opnames van spieractiviteitspatronen te maken over minimaal 16 kanalen aan 10 kHz gedurende verschillende uren. Daar op deze manier de tijdrovende digitalisatie-stap wordt overgeslaan, zal het ons toelaten om op efficiente wijze een vergelijkende analyze van spieraktiviteitspatronen uit te voeren voor een groot aantal taxa. Op deze manier kan er een eerste stap gezet worden naar het verkrijgen van inzichten en "constraints" op de evolutie van de motor controle in complexe geïntegreerde systemen zoals het voedingsapparaat.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Evolutie van het voedingsapparaat en de mechanistische basis van de voeding bij hagedissen. 01/10/1998 - 30/09/2001

Abstract

Het voedingsapparaat is een van de type-voorbeelden van geïntegreerde multifunctionele netwerken. De studie van dergelijke systemen in een breed fylogenetisch kader leert ons meer over de mogelijke evolutionaire beperkingen die optreden voor complexe ge-integreerde systemen. Vooral de neurale sturing van dergelijke systemen lijkt in eerste instantie bijzonder conservatief te zijn. Het is echter door de voedingsmechanismen van primitieve en meer geÙvolueerde soorten en groepen te vergelijken dat we tot brede evolutionaire inzichten kunnen komen. Hagedissen spelen hierbij een cruciale rol als primitieve amniota en kunnen ons dus veel leren over de oorsprong en evolutie van complexe systemen zoals die bij zoogdieren teruggevonden worden.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

    Project type(s)

    • Onderzoeksproject

    Een functioneel morfologische analyse van het voedingsapparaat bij Agamidan. 30/09/1994 - 30/09/1996

    Abstract

    Het voedingsapparaat bij Agamidae wordt bestudeerd aan de hand van kwantitatieve EMG, high-speed en X-ray opnamen. De aanwezige inter- en intraspecifieke verschillen zullen dan geëvalueerd worden, waarbij de nadruk zal liggen op de verschillen tussen insektivore en herbivore soorten.

    Onderzoeker(s)

    Onderzoeksgroep(en)

      Project type(s)

      • Onderzoeksproject

      Vergelijkend functioneel-morfologische analyse van het voedingsapparaat bij Agamidae. 30/09/1993 - 29/09/1994

      Abstract

      Het voedingsapparaat bij Agamidae wordt bestudeerd aan de hand van kwantitatieve EMG, high-speed en X-ray opnamen. De aanwezige inter- en intraspecifieke verschillen zullen dan geëvalueerd worden, waarbij de nadruk zal liggen op de verschillen tussen insektivore en herbivore soorten.

      Onderzoeker(s)

      Onderzoeksgroep(en)

        Project type(s)

        • Onderzoeksproject

        Vergelijkende functioneel-morfologische analyse van het voedingsapparaat bij Agamidae. 30/09/1992 - 29/09/1993

        Abstract

        Het voedingsapparaat bij Agamidae wordt bestudeerd aan de hand van kwantitatieve EMG, high-speed en X-ray opnamen. De aanwezige inter- en intraspecifieke verschillen zullen dan geëvalueerd worden, waarbij de nadruk zal liggen op de verschillen tussen insektivore en herbivore soorten.

        Onderzoeker(s)

        Onderzoeksgroep(en)

          Project type(s)

          • Onderzoeksproject