Onderzoeksgroep

Functionele morfologie

Expertise

Kinesiologische analyses.

Centrum voor 4D kwantitatieve X-stralenbeeldvorming en –analyse (DynXlab). 01/01/2022 - 31/12/2026

Abstract

Deze kernfaciliteit integreert infrastructuur van topkwaliteit en unieke expertise op gebied van X-stralenbeeldvorming met het oog op de reconstructie, verwerking en analyse van dynamische 3D-scènes. Zij maakt gebruik van complementaire platformen voor 4D Xstralenbeeldvorming, waaronder een ultra-flexibel en multi-modaal X-stralen CT systeem (FleXCT) en een stereoscopisch hogesnelheids-X-stralenvideografie-systeem (3D2YMOX). De faciliteit biedt dienstverlening op maat voor beeldacquisitie –reconstructie en -analyse voor zowel industriële als (invivo) biologische studies.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

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)

De craniale musculoskeletale mechanica van granivore zangvogels 01/11/2020 - 31/10/2022

Abstract

Bij granivore zangvogels is de voedingsprestatie een belangrijke drijvende kracht achter de evolutie van bekmorfologie. Dit wordt geïllustreerd in verschillende klassieke werken die bekvorm relateren aan voedingsecologie (b.v. bij Darwinvinken). Met enkel de vorm van de bek lukt het echter niet om de compromissen tussen specifieke aspecten van de voedselopnameprestatie te verklaren, in het bijzonder degene die te maken hebben met de bewegingen van de bek bij het omgaan met zaden. Gegevens over hoe de gecontroleerde 3D-bewegingen van boven- en onderbek gegenereerd worden tijdens het verwerken van zaden, ontbreken volledig. Om een beter begrip te krijgen van de mechanica van granivorie zal ik de musculoskeletale mechanica van de kop onderzoeken tijdens het grijpen, positioneren en pellen van zaden bij drie soorten granivore zangvogels die variëren in bekvorm en bijtkracht. Zowel experimentele als rekenkundige aanpakken zullen gebruikt worden, met inbegrip van hogesnelheids- en biplanaire x-stralenvideografie, mechanische testen van spier- en ligamenteigenschappen, en musculoskeletale multi-lichaamsmodellering. Deze studie zal ons een ongeëvenaard inzicht leveren in de kinematica en dynamica van het craniale systeem. Mijn bevindingen zullen helpen om de leemtes in onze fundamentele kennis over het functioneren van de kop van vogels te vullen, en ook de biomechanische basis leveren om de relatie tussen bekbewegingsprestatie en evolutie van zangvogels beter te begrijpen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Wat is de rol van mechanische cross-talk in de bot-kraakbeen unit in degeneratieve gewrichtsaandoeningen? Een multi-schaal, adaptieve in silico benadering. 01/10/2020 - 30/09/2023

Abstract

Osteoarthrose (OA) is een ziekte van het gehele gewricht, met progressieve deterioratie van het kraakbeen en subchondrale bot. Het is geweten dat afwijkende mechanische belasting bijdraagt tot OA. De onderliggende mechanismen zijn echter nog onduidelijk. Recent veronderstelt men dat afwijkende mechanische belasting de structurele en materiaaleigenschappen van kraakbeen of bot aanpast, waardoor de mechano-adaptieve respons negatief beïnvloedt worden m.n. de mechanische crosstalk binnen de bot-kraakbeen unit. In dit project willen we onderzoeken hoe mechano-adaptieve interacties tussen bot en kraakbeen bijdragen tot OA ontwikkeling. Dierproeven alleen zijn onvoldoende om de rol van crosstalk binnen OA te verduidelijken, daarom stellen wij een unieke aanpak voor waarbij we een adaptief, multischaal computationeel framework ontwikkelen dat de gewrichtsbelasting koppelt aan de weefselbelasting en de weefseladaptatie. Hiertoe zullen we de kniebelasting bepalen in ratten na destabilizatie van de mediale meniscus (DMM) op basis van multi-body dynamica. Daarna, zullen we een multischaal, adaptief model van het kniegewricht ontwikkelen waarbij we op basis van een eindige-elementen analyse de lokale mechanische stimuli relateren aan mechano-regulatoire algoritmes van het kraakbeen en het bot. Aldus zullen we in staat zijn om de rol van afwijkende mechanische belasting (DMM), op kraakbeen- of botbiologie binnen OA te verklaren.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Chemische moleculen in de natuur: een middel tegen ziekte 04/01/2021 - 30/09/2021

Abstract

Een wereldwijde stijging in het aantal dodelijke schimmelinfecties bij dieren en planten bedreigt de biodiversiteit. Onderzoek naar hoe organismen zich wapenen tegen nieuwe ziekten is bijgevolg extreem relevant. In Noord Amerikaanse slangenpopulaties worden er meer en meer gevallen waargenomen van Snake Fungal Disease (SFD). Deze ziekte, veroorzaakt door de fungus Ophidiomyces ophiodiicola (Oo), verspreidt zich van oost naar west in de Verenigde Staten. De huid van slangen vormt een eerste barrière tegen ziekteverwekkers. Chemische moleculen in deze huid hebben het potentieel om de groei van schadelijke micro-organismen tegen te gaan. De ziektewerende eigenschappen van huidmoleculen van slangen, en reptielen in het algemeen, is tot op heden niet onderzocht. Binnen dit project zal worden onderzocht 1) of moleculen uit slangenhuid schimmel- en bacteriewerende eigenschappen hebben, 2) welke deze moleculen zijn, en 3) of deze ook beschermen tegen SFD. De relevantie van dit project reikt voorbij de grenzen van de Verenigde Staten, aangezien de internationale handel in reptielen de verspreiding van SFD in de hand werkt.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

De ecomorfologie van evenwicht, van binnenoor tot voortbewegingskinematiek. 01/11/2020 - 31/10/2021

Abstract

Balans is cruciaal tijdens de locomotie, vooral bij wendbare dieren. Het vestibulair systeem speelt een cruciale rol in het behouden van balans doordat het kopbewegingen registreert. Anatomische adaptaties van het vestibulair orgaan die de sensitiviteit van het systeem verhogen worden momenteel intensief bestudeerd. Nochtans blijft het effect van de geobserveerde anatomische kenmerken op de sensitiviteit grotendeels speculatief. In dit project onderzoek ik stapsgewijs de rol van het vestibulair orgaan op de stabiliteit tijdens de locomotie. Eerst analyseer ik het effect van anatomische eigenschappen op de sensitiviteit van het vestibulair orgaan. Kopbewegingen tijdens de locomotie worden waargenomen door vestibulaire sensoren. In een experimentele setup ga ik bestuderen of een sensitief vestibulair orgaan de kopstabilisatie verbetert. Ten slotte ga ik onderzoeken of een superieure kopstabilisatie de prestatie van de balans en locomotie versterkt door gebruik te maken van renbanen met variërende complexiteit. Er wordt aangenomen dat een goede balans cruciaal is voor de wendbaarheid van dieren die in een complexe omgeving leven. Ik zal deze stelling testen via vergelijkend ecomorfologisch onderzoek van het vestibulair apparaat van soorten die sterk verschillen in grootte, habitat en behendigheid. Dit zal de verschillen in balansstrategie onthullen van dieren uit verschillende habitats.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Intrinsiek en/of neuronaal: het enigma van de bewegingscontrole. 01/02/2020 - 31/01/2021

Abstract

Volgens het neuromechanische concept zit een groot deel van de motorcontrole ingebed in de morfologie van het bewegingsapparaat en is de bijkomende neurologische sturing (evolutief) getuned om deze intrinsieke morfo‐dynamische karakteristieken optimaal te exploiteren. Deze interactie doorgronden vereist (i) op de eerste plaats kennis van de 'state of the art' van de motorcontrole (zowel van de neurofysiologische basis als van de controle‐theorie), maar (ii) ook het verwerven van expertise in de toepassing van optimalisatiesimulaties aan de hand van 'forward' musculo‐skeletale dynamische modellering (i.e. de onderzoekstool bij uitstek in het neuromechanisch onderzoek). Door me ononderbroken en voldoende lang te kunnen verdiepen in beide studie‐aspecten zal ik een nieuwe en noodzakelijke wending aan mijn onderzoek naar het functioneren en de evolutie van musculo‐skeletale systemen kunnen geven.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Over hagedissen, evolutie en adaptieve machines. 01/12/2019 - 30/11/2021

Abstract

Natuurlijke selectie resulteert bij dieren in veelvuldige morfologische, fysiologische en gedragsmatige aanpassingen om de variërende omgevingsdruk het hoofd te kunnen bieden. Omdat dit werkt op de evolutionaire tijdschaal (over generaties), ontwikkelden veel soorten bovendien plasticiteit om 'within lifetime-veranderingen' in hun omgeving te kunnen bufferen. Sensorisch-motorische flexibiliteit laten dieren toe om onvoorspelbare perturbaties in realtime te counteren. Voortbeweging is essentieel om te foerageren, te ontsnappen aan predatoren, het vinden van partners, etc.. Diverse aspecten van locomotie (bv. stabiliteit, manoeuvreerbaarheid) zijn ongetwijfeld geoptimaliseerd aan de specifieke niche door natuurlijke selectie. Dit stelt dieren in staat om, in elke tijdskader, te reageren op veranderingen in het milieu. De robotica schat deze natuurlijke inspiratiebron naar waarde, maar richtte zich daarbij in het verleden vooral op selectieve adaptaties (evolutieve tijdschaal) aan stabiele omgevingen (bv. terrestrisch versus aquatisch). Pas recent hadden ingenieurs ook aandacht voor de opmerkelijke veelzijdigheid van dieren - de manier waarop ze bijna moeiteloos hun voortbeweging aanpassen in respons op veranderingen in externe (bv. substraat, medium) of interne (bv. kwetsuren) omstandigheden. In tegenstelling tot dieren, lijken robots beperkt, star, kwetsbaar voor schade en dus overgeleverd aan onverwachte perturbaties. Met deze SEP-toelage starten we een doctoraatsstudie (1ste termijn) op de functionele morfologie en neuromechanica van locomotie bij lacertide hagedissen. Soorten van dit taxon ontwikkelen subtiele morfologische aanpassingen (bv. in teenlengte, klauwvorm) als antwoord op de drastische verschillen in hun habitat. We onderzoeken de kinematica en dynamica van specimens die worden gedwongen om zich in, voor hen, ongekend habitat voort te bewegen of waarvan de 'morfologie' plots wordt veranderd door gewrichten te blokkeren met braces. Om inzicht te verwerven in de flexibiliteit van het motorisch systeem en strategieën die worden ontwikkeld om om te gaan met de nieuwe omgeving of met de 'vorm'-perturbaties worden de resultaten vergeleken met de kinematica en dynamica van vrije locomotie in het 'natuurlijke' habitat. Vergelijking tussen eco-types moet licht werpen op de morfologische specialisaties die resulteren in de grootste gedragsmatige plasticiteit. Deze inzichten moeten worden getransfereerd naar de onderzoek in de AI en robotica dat zich richt op de ontwikkeling van adaptieve machines (op het vlak van morfologie, sensorisch-motorische systemen en controllers) die in realtime hun gedrag en eventueel ook hun morfologie kunnen aanpassen aan nieuwe omstandigheden. Ab initio zullen we hiervoor samenwerken met Prof. S. Rissi (REAL-lab at IT University, Copenhagen). Samen zullen we mogelijkheden voor verdere sponsoring en uitbreiding van het netwerk exploreren hetgeen uiteindelijk moet leiden tot de ontwikkeling van nieuwe technologieën. Kort samengevat verwachten we de volgende stappen in het valorisatietraject: - optimiseren van gesimuleerde (vereenvoudige) robotsystemen om (a) criteria die gelijkaardige motorisch strategieën bepalen om om te gaan met ongekende omgevingen en perturbaties en om (b) het effect van subtiele morfologische verschillen op de gesimuleerde locomotie te identificeren; - her-interpreteren van de resultaten van de biologische experimenten op basis van de simulatie-resultaten [2]; - ontwikkelen van een (fysisch) prototype (op basis van de resultaten uit [1] en [2]), dat zijn gedrag, eventueel zijn morfologie, aanpast naargelang de specifieke condities; - testen van het prototype zoals in de 'hagedis'-experimenten: de sensori-motorische controle moet voorzien in nieuwe strategieën, eventueel nieuwe morfologieën, geschikt om verder te voort te bewegen in de vooraf ongekende condities.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

BOF Sabbatsverlof 2019-2020 - Peter Aerts. 01/10/2019 - 30/09/2020

Abstract

Volgens het neuromechanische concept zit een groot deel van de motorcontrole ingebed in de morfologie van het bewegingsapparaat en is de bijkomende neurologische sturing (evolutief) getuned om deze intrinsieke morfo‐dynamische karakteristieken optimaal te exploiteren. Deze interactie doorgronden vereist (i) op de eerste plaats kennis van de 'state of the art' van de motorcontrole (zowel van de neurofysiologische basis als van de controle‐theorie), maar (ii) ook het verwerven van expertise in de toepassing van optimalisatiesimulaties aan de hand van 'forward' musculo‐skeletale dynamische modellering (i.e. de onderzoekstool bij uitstek in het neuromechanisch onderzoek). Door me ononderbroken en voldoende lang te kunnen verdiepen in beide studie‐aspecten zal ik een nieuwe en noodzakelijke wending aan mijn onderzoek naar het functioneren en de evolutie van musculo‐skeletale systemen kunnen geven.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Evolutionaire biomechanica van het vestibulaire systeem in hagedissen: een modelmatige aanpak 01/10/2017 - 30/09/2021

Abstract

Lacertid-hagedissoorten tonen een opvallende diversiteit in hun voortbewegingsgedrag. Afhankelijk van hun leefomgeving en ecologie bewegen sommige soorten op een zeer dynamische en snelle manier, terwijl anderen door langzame bewegingen worden gekenmerkt. Zo stelt hun locomotiegedrag meestal verschillende eisen aan hun balanscontrole. De 3 semicirculaire (SC) kanalen van het vestibulaire systeem zijn hierbij cruciaal, omdat ze hoekversnelling van het hoofd registreren. Daarom veronderstellen wij dat het vestibulair systeem aangepast is aan het specifieke voortbewegingsgedrag. We zullen een vergelijkende studie uitvoeren van de geometrische en functionele eigenschappen van de SC-kanalen van Lacertidae. Meestal worden de benige SC-muren onderzocht, maar we zullen focussen op het membraneuze labyrinth, omdat dit de vestibulaire mechanica bepaalt. Om toekomstige studies te vergemakkelijken zullen we de geometrie van de benige en de membraneuze morfologie vergelijken en de functionele aspecten ervan bestuderen. De membraneuze SC-kanalen zijn gevuld met endolymphvloeistof die een cupula en zijn sensoren vervormt wanneer de kanalen een angulaire versnelling ondergaan. We zullen de vloeistofdynamische eigenschappen van de 3 met elkaar verbonden SC-kanalen onderzoeken met een Fluid-Structure Interaction-modellen. We zullen de functionele gevolgen van de geometrie (d.w.z. anatomie) en in vivo excitatie (d.w.z. gedrag) grondig onderzoeken op gevoeligheid en responstijd bij lacertid-hagedissen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Kunnen trade-offs bij natuurlijke bepantsering de huidige biomimetiek aanpak ondermijnen? 01/10/2017 - 30/09/2020

Abstract

In de loop van miljoenen jaren van evolutie, hebben dieren een grote diversiteit aan defensieve pantsers ontwikkeld. De eigenschppen van deze verdedigingsstructuren hebben de interesse gewekt van onderzoekers in het domein van de biomimetica, omdat zij kunnen dienen als inspiratiebron voor de productie van beschermende materialen. Evenwel, de meeste biomimetische studies gaan ervan uit dat natuurlijke structuren per definitie een optimaal ontwerp hebben. In werkelijkheid is de respons van kenmerken op natuurlijke selectie afhankelijk van allerlei beperkingen, waaronder functionele trade-offs. De hedendaagse biomimetische benadering kan daardoor tekort schieten en zo de optimale design van artificiële pantsers verhinderen. Dit project bestudeert de evolutie van pantsers binnen een ecologisch en evolutionair kader en beschouwt expliciet de rol van potentiële trade-offs. Hagedissen van de familie Cordylidae vormen daartoe een voortreffelijk studiesysteem, omdat ze in tegenstelling tot andere gewervelde dieren een grote variatie vertonen in de mate waarin osteodermen (dit zijn benige platen ingebed in de huid) tot expressie gebracht worden. De studie brengt de evolutionaire biologie en de functionele morfologie samen met de biomechanica en maakt gebruik van state-of-the-art technologie zoals high-resolution micro-computed tomography scanning, 3D bioprinting en nieuwe simulatie software. Zo test het hedendaagse assumpties van de biomimetica.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Validatie van het varken als diermodel voor deficiënte motor ontwikkeling: het paradigma van locomotie. 01/01/2017 - 31/12/2020

Abstract

Het overlevingspercentage van kinderen met een laag geboortegewicht en beperkte levensvatbaarheid is toegenomen door de vooruitgang in perinatale geneeskunde en neonatale intensieve zorgen. Dit heeft echter niet geleid tot een afname in het voorkomen van motorische beperkingen. Efficiënte voortbeweging is essentieel voor de vlotte participatie in alle aspecten van het dagdagelijkse leven en de ontwikkeling ervan is dus representatief voor de motorische ontwikkeling in het algemeen. Longitudinale locomotiestudies zijn daarom nodig om de effecten van in utero groeibeperkingen op de verdere ontwikkeling van het (loco)motorsysteem te bestuderen. Dergelijke studies uitvoeren in kinderen is controversieel en noodzaakt zodoende het gebruik van geschikte diermodellen. Een te laag geboortegewicht gekoppeld aan beperkte levensvatbaarheid komt frequent voor bij het varken. De pathologie is vergelijkbaar met deze van de mens. Dit, naast de andere fysiologische gelijkenissen, maakt het varken tot het ideale diermodel om de effecten van in utero geïnduceerde groeibeperkingen op de verdere ontwikkeling van het locomotiesysteem te bestuderen. Dit project karakteriseert en vergelijkt de longitudinale ontwikkeling van de voortbeweging bij biggen met een normaal versus laag geboortegewicht. Hiervoor wordt gebruik gemaakt van 4D-morfologie, mechanische (dynamische) modellering en functioneel-morfologische analyses (cf. neuromechanica concept). Dit vereist de ontwikkeling van snelle 3D-'dual-energy' tomografie (inclusief de reconstructie van niet-skeletale weefsels) geïntegreerd in het bestaande 3D²YMOX technologisch platform (bi-planaire XR). Verschillen in zowel coördinatie als controle zullen worden gelinkt aan wijzigingen ter hoogte van zowel de musculo-skeletale als neurale component van het locomotiesystee

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Longitudinale en retrospectieve studie naar het gebruik van drukmetingen onder de hoeven van paarden voor de detective van preklinische kreupelheid. 01/01/2017 - 31/12/2019

Abstract

Kreupelheid is bij paarden de voornaamste reden voor een bezoek naar de dierenarts. De kosten die daarmee gepaard gaan worden voor de Verenigde Staten geschat op 678 miljoen dollar in 1998. Meer recentelijk werd de incidentie van kreupelheid geschat op 19% per jaar. Vergelijkende cijfers voor Europa ontbreken maar zijn hoogstwaarschijnlijk van dezelfde grootte-orde. Een vroege diagnosis is van belang voor de behandeling omdat het een van de belangrijkste factoren in de prognose van een kreupel paard. Deze vroeger detectie is echter problematisch omdat het menselijk oog te kortschiet, waardoor de evaluatie, zelfs bij specialisten, subjectief blijkt te zijn. Met de komst van nieuwe technologieën, zijn de laatste twintig jaar zeer veel projecten opgestart die de dierenarts willen helpen in het objectief maken en kwantificeren van kreupel-variabelen. Zo wordt er gebruik gemaakt van kinematische profielen door middel van videosystemen die aan hoge snelheid kunnen opnemen, krachtenplaten ingebed in de vloer om grondreactiekrachten te meten en inertiële sensoren die op het lichaam van het paard worden aangebracht. Lange tijd, werden krachten als gouden standaard aanzien maar recentelijk werd ook dit in vraag gesteld. Bovendien zijn zo'n platen duur en niet verplaatsbaar waardoor ze ongeschikt worden voor de meeste paardeneigenaars of zelfs voor dierenartsen. Tegelijkertijd is de interpretatie van de data specialistenwerk. Ook wordt er meestal gebruik gemaakt van het testen van links-rechts symmetrie, gekwantificeerd in een index, maar paarden kunnen bilateraal kreupel zijn of een conformationele vorm van asymmetrie vertonen, waarbij de index respectievelijk de kreupelheid niet detecteert of fout classificeert. Om de gezondheid van het sportpaard beter te garanderen, stellen wij daarom een kost-effectief systeem voor dat preklinische kreupelheid kan opsporen. De FunMorph lab van de Universiteit Antwerpen speelt al lang een voortrekkersrol in het gebruik van drukplaten voor de studie van voortbeweging bij dieren. Onderzoekers binnen deze groep hebben de technische en biomechanische achtergrond om dit probleem aan te pakken en ze kunnen hierbij gebruik maken van een reeds bestaand netwerk met dierenartsen, orthopedische chirurgen bij paarden, fysiotherapeuten en industriële partners. Dit probleem vraagt immers om een multidisciplinaire aanpak. In dit project hebben we als doelstellingen ten eerste het bepalen van de gevoeligheid en herhaalbaarheid van de metingen van individuele paarden van zowel dynamische drukmetingen als pootbelasting ratio's. We moeten nagaan of de data herhaalbaar blijven in de tijd of indien niet of de veranderingen die gepaard gaan met de groei van de hoef een voorspelbaar patroon volgen. Ook of bij het bekappen of het vervangen van de hoefijzers, de nulwaarden bij het begin van zo'n patroon behouden blijven. Hiertoe plannen we een longitudinale studie van een grote groep uniforme paarden waarbij we bovendien retrospectief gaan kijken naar vroege tekenen bij paarden die tijdens de studie kreupel worden.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Ondersteuning instandhouding wetenschappelijke apparatuur (Functionele morfologie). 01/01/2017 - 31/12/2018

Abstract

Dit project kadert in een onderzoeksopdracht toegekend door de Universiteit Antwerpen. De promotor levert de Universiteit Antwerpen de onderzoeksresultaten genoemd in de titel van het project onder de voorwaarden zoals vastgelegd door de universiteit.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

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)

Evolutie van monodactyly in de Equidae (Perissodactyla). 01/10/2015 - 30/09/2019

Abstract

Een van de meest bekende evolutielijn is de paardensequentie. Deze reeks wordt dikwijls voorgesteld als een opeenvolging van overgangsfossielen van een viertenig paard ter grootte van een hond tot de huidige gedomesticeerde vorm. Echter, de reeks is eigenlijk afkomstig van informatie van verschillende vormen van fossielen verdeeld over de verschillende vertakkingen van de evolutionaire stamboom van het paard. De huidige hypothese is dat de reductie van het aantal tenen nodig was voor een cursoriale (lopend) levenswijze. De verlenging van de distale segmenten en het lopen op de tip van de tenen zorgden voor grotere staplengtes and dat had grotere loopsnelheden tot gevolg. Om de langere benen lichter te maken zodat ze gemakkelijker naar voren konden 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 en andere paardachtigen te bestuderen krijgen we inzicht in de mechanismes verantwoordelijk voor de reductie in het aantal tenen. De bewegingen van de poot zullen worden geregistreerd met behulp van twee hoge snelheidscameras. Tegelijkertijd worden de krachten en de drukken onder de hoeven gemeten zodat we een totaalbeeld krijgen van de de mechanica van de poot. Deze informatie kan vervolgend worden geanalyseerd in een zogenaamde inverse dynamische analyse. Die geeft voor elk gewricht het verloop van het vermogen in de tijd, een indicatie voor de motor controle verantwoordelijk voor de beweging. Deze patronen kunnen we dan vergelijken tussen de soorten en we kunnen een link tussen de anatomie en de motor controle leggen. De experimenten op de levende dieren zullen gebeuren in samenwerking met Europese zoos. Uiteindelijk zullen dan simulaties gedaan worden waarbij de bewegingen van fossiele soorten zullen worden voorspeld op basis van de resultaten op de nog levende soorten. Evolutionare modellen zullen worden gebruikt om na te gaan hoe pootanatomie en motor controle binnen de perissodactyli zijn gelinkt. Dit deel van het project noodzaakt de integratie van de resultaten van het werk van Jamie MacLaren en Sandra Nauwelaerts, beiden momenteel gefinancierd door FWO-Fl ).

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

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)

3D Dynamische morfologie door middel van biplanaire hoge snelheid Xray - videografie. 26/06/2014 - 31/12/2018

Abstract

Dit project kadert in een onderzoeksopdracht tussen enerzijds UA en anderzijds de Herculesstichting. UA levert aan de Herculesstichting de onderzoeksresultaten genoemd in de titel van het project onder de voorwaarden zoals vastgelegd in voorliggend contract.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Inzicht in functie en evolutie van de mechanica van het middenoor van vogels via hoog realistische eindige elementen modellering en systeem identificatie. 01/01/2014 - 31/12/2017

Abstract

In dit project wordt de mechanica van het middenoor van vogels onderzocht. Bedoeling is te begrijpen hoe dit oor, dat slechts uit één gehoorbeentje bestaat tegenover de drie beentjes in zoogdieren, er toch in slaagt geluid op een efficiënte manier over te dragen en tegelijk om te springen met de grote statische drukverschillen waarmee vogels kunnen te maken hebben. Het onderzoek zal inzicht geven in de functionele evolutie van dit orgaan, en zal fundamentele inzichten leveren die nuttig zijn bij de ontwikkeling van gehoorprothesen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Functionele en ecologische morfologie van de evenwichtscontrole tijdens de locomotie bij hagedissen. 01/01/2014 - 31/12/2017

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)

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)

Wetenschappelijk onderzoek in het kader van het Center of Excellence, in het bijzonder de discipline Functionele Morfologie. 05/11/2012 - 31/12/2016

Abstract

Dit project kadert in een onderzoeksopdracht tussen enerzijds UA en anderzijds de KMDA. UA levert aan de KMDA de onderzoeksresultaten genoemd in de titel van het project onder de voorwaarden zoals vastgelegd in voorliggend contract.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Vergelijkende studie van de functionele morfologie van de voortbeweging bij de Perissodactyla. 01/10/2012 - 22/06/2016

Abstract

Dit project stelt voor om gedetailleerd onderzoek uit te voeren naar het gedomesticeerde paard, dit om een vereenvoudigd protocol te verkrijgen dat gebruikt is om de voortbeweging bij paarden en hun familieleden te onderzoeken. Door het bestuderen van ezels, zebra's, paarden en de nauw verwante rinoceros en tapir willen we evolutionaire patronen binnen deze groep detecteren, die we dan verder hopen te kunnen extrapoleren naar uitgestorven soorten. Door gebruik te maken van virtuele modellen van de anatomie van deze uitgestorven soorten, gebaseerd op museummateriaal, willen we deze soorten 'tot leven' brengen en willen we afleiden hoe zij zich in hun omgeving verplaatsten. Daarmee kunnen we testen of de huidige leden van het genus Equus konden overleven doordat ze sneller en/of efficiënter konden voortbewegen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Adaptieve aanpassingen aan klimaatsverandering – inzicht in de respons van gameten. 01/10/2012 - 22/09/2013

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)

Geïntegreerde compromis tussen prestaties in de kop bij prachtbaarzen: voedselopname versus muilbroeden. 01/10/2011 - 30/09/2012

Abstract

In dit onderzoeksproject trachten we de wisselwerking tussen de structurele, functionele en fysiologische eigenschappen in het mondapparaat van prachtbaarzen van het Victoriameer te ontrafelen. De conflicterende belangen van voedselopname versus muilbroeden worden bestudeerd bij 2 muilbroedende soorten met verschillende voedingsstrategieën, en de impact op prestaties zoals overleving en fitness worden bepaald.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Functionele Morfologie en Biomechanica van de 'Bewapening' van Vliegende Herten. 01/07/2011 - 30/06/2015

Abstract

Bij vele diersoorten heeft seksuele selectie geresulteerd in een opvallende diversiteit aan morfologische structuren (zoals slagtanden, gewei, stekels...) die door mannetjes worden gebruikt in conflicten voor toegang tot wijfjes. Causale inzichten in de relatie tussen vorm, structuur en functie van dergelijke 'wapens', zowel als in 'trade-offs' met andere essentiële ecologische functies, zijn essentieel om de evolutionaire ontwikkeling en de ecologische aspecten van deze 'bewapening' te kunnen begrijpen. Verrassend genoeg ontbreekt veelal deze basisinformatie. Dit project wil precies deze leemte invullen via een gedetailleerde functioneel morfologische en biomechanische analyse van de 'bewapening' van vliegende herten (Lucanidae)

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Geïntegreerde compromis tussen prestaties in de kop bij prachtbaarzen: voedselopname versus muilbroeden. 01/01/2011 - 31/12/2014

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)

Fysiologische, morfologische en biomechanische vereisten van het musculoskeletale systeem van het onderbeen voor topsprinters en -duurlopers. 01/01/2011 - 31/12/2014

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)

Seksuele selectie en speciatie. 01/10/2010 - 30/09/2014

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)

Biomechanica van locomotie in complexe omgevingen: armslingeren bij gibbons (Hylobatidae) 01/10/2010 - 30/09/2012

Abstract

In dit onderzoek wordt nagegaan wat de impact is van de complexiteit en onvoorspelbaarheid van de omgeving op de coördinatie en bewegingscontrole van dieren. Het armslingeren (brachiatie) van gibbons (siamangs) in hun habituele arboreale habitat wordt gekozen als model. Als uitgangspunt wordt gesteld dat gibbons geadapteerd zijn aan, en zich dus energetisch efficiënt voortbewegen in, hun complexe omgeving.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

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)

Multidisciplinair Motor Centrum Antwerpen - M²OCEAN. 22/07/2010 - 31/10/2016

Abstract

Dit project kadert in een onderzoeksopdracht tussen enerzijds UA en anderzijds de Vlaamse overheid. UA levert aan de Vlaamse overheid de onderzoeksresultaten genoemd in de titel van het project onder de voorwaarden zoals vastgelegd in voorliggend contract.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Functioneel morfologische analyse van de terrestrische voedselopname bij amfibische vissen 01/07/2010 - 31/12/2014

Abstract

Er is opvallend weinig geweten over de evolutie van een terrestrisch voedselopnameapparaat in de eerste terrestrische Tetrapoda. Het doel van het voorgestelde onderzoek is functioneel morfologisch inzicht te krijgen in de werking van het muskuloskeletaal systeem tijdens de terrestrische voedselopname bij hedendaagse amfibische vissen. Dit inzicht zal de basis vormen om eventuele preadaptaties aan terrestrische voedselopname te identificeren in fossiele gegevens.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Objectivering van het locomotorisch gedrag voorafgaand aan het stappen: een pilootstudie. 01/01/2010 - 31/12/2011

Abstract

Niet alle kinderen leren kruipen op handen en knieën. Sommige vertonen andere vormen van locomotie, zoals bijvoorbeeld billenschuiven, buiksluipen of rollen. Hypothetisch stelt men dat deze kinderen een zwakkere coördinatie tussen de benen en armen en de schouder- en bekkengordel vertonen. Het doel van deze studie is (1) nagaan of er een correlatie bestaat tussen ontwikkelingsfactoren en een afwijkend kruippatroon en (2) een methode ontwikkelen om de coördinatie tijdens het kruipen op een objectieve manier te meten.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Hydrodynamische analyse van verschillende prooivangsttechnieken bij aquatische gewervelde dieren via numerieke vloeistofdynamica (CFD). 01/10/2009 - 30/09/2012

Abstract

Het doel van het voorgestelde onderzoek is de hydrodynamica van elk van de bovenvermelde prooivangststrategieën te bestuderen via numerieke vloeistofdynamica of CFD (Computational Fluid Dynamics). CFD is een modelleringtechniek die simulatie van stroming van vloeistoffen en gassen toelaat door numerieke oplossing van de bewegingsvergelijkingen van een fluïdum (Navier-Stokes vergelijkingen en continuïteitsvergelijking) voor een volume (stromingsdomein) opgedeeld in infinitesimaal kleine deelvolumetjes.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Een musculoskeletaal model van het paard ontwikkeld met als primair doel de studie van motor controle van de voorpoten tijdens de voortbeweging. 01/10/2009 - 30/09/2012

Abstract

De globale doelstelling van dit project is het definiëren van biomechanische controle van de voorpootbewegingen gebruik makend van musculosketaal modelleren gecombineerd met empirische data. De hypotheses van het onderzoek zijn: (1) omdat de pezen in de distale gewrichten passief werken, kunnen ze de toegenomen lading niet weerstaan en worden ze systematisch meer uitgerekt, (2) hyperextensie kan worden voorkomen door meer spierkracht ter hoogte van de actieve gewrichten, (3) gewrichtsreactiekrachten nemen toe onder toenemende lading en (4) veranderen van richting.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

LOCOMORPH- Krachtige voortbeweging en bewegingen van robots via morfologie en morfose. 01/02/2009 - 31/03/2013

Abstract

Locomorph stelt zich tot doel om de (voort-)beweging van robots in termen van efficiency en betrouwbaarheid te verbeteren, vooral wanneer ingezet in ongekende omgevingen. Dit project is multidisciplinair en combineert benaderingen uit de biologie, de biomechanics, de neurowetenschappen, de robotica en 'embodied intelligence' om de (voort-)beweging in dieren en robots te bestuderen, zich daarbij toespitsend op concepten zoals morfologie en morfosis.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Transities tussen symmetrische en asymmetrische bipedale gangtypes: neuromechanisme en evolutieve context. 01/01/2009 - 31/12/2012

Abstract

Dit project onderzoekt de transities tussen verschillende gangtypes (wandel-ren/draf; draf-galop, wandel-galop en omgekeerd) tijdens effectieve 'overground' acceleraties/deceleraties. Kinematica, grond-reactiekrachten, en EMG-patronen worden verzameld and de data worden gebruik voor verdere berekeningen (mechanische energie, inverse dynamica modellering¿.). Uiteindelijk beoogt het project het verkrijgen van inzicht in de interactie tussen mechanische en neuronale controle van transities (locomotie in het algemeen).

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Specialisaties bij extreme kopmorfologie: een gedetailleerde functioneel morfologische studie over de voedselopname bij zeepaarden en zeenaalden (Syngnathidae). 01/01/2009 - 31/12/2010

Abstract

Voedselopname onder water stelt specifieke eisen aan het voedingsapparaat vanwege de relatief hoge viskositeit en densiteit van het water. Om met deze fysische eigenschappen van het water om te gaan gebruiken veel vissen zuigvoeding. Vissen hebben echter een opvallende diversiteit in kopmorfologie, waarbij een treffend voorbeeld hiervan wordt gevonden in de familie van Syngnathidae (zeepaarden en zeenaalden). Hun kop wordt gekarakteriseerd door een smal en verlengd rostrum met distaal de relatief kleine kaken. Dit bouwplan legt een aantal beperkingen op: zo is de grootte van de prooi beperkt door de kleine mondopening en mogen de wrijvingkrachten, tijdens het zuigen doorheen een smal rostrum, niet meer verwaarloosd worden. Om met deze beperkingen om te gaan, moet de kopmorfologie in deze familie gespecialiseerd zijn. Het hoofddoel van deze studie bestaat erin om de werking van de kopmorfologie van deze dieren in detail te bestuderen en na te gaan op welke manier deze extreme kopmorfologie gespecialiseerd is.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

De invloed van individuele morfologische verschillen en groei op de motorische ontwikkeling van bipedaal stappen bij de mens. 01/10/2008 - 30/09/2010

Abstract

Alleen stappen is ongetwijfeld één van de belangrijkste motorische ontwikkelingen van een kind in zijn eerste levensjaren. Deze vaardigheid wordt geleerd in een periode waarin het lichaam in volle groei is. Eerder onderzoek binnen de onderzoeksgroep Functionele morfologie van de Universiteit Antwerpen bracht reeds in beeld hoe kinderen tussen 1 en 2 jaar omgaan met de uitdaging om te stappen. Er is echter nog weinig geweten over de invloed van groei op de ontwikkeling van het stappatroon. De doelstelling van dit onderzoek is om de invloed na te gaan van individueel morfologische verschillen en ontogenetische veranderingen van het morfotype tijdens de kindertijd op de controle en maturatie van het gangpatroon.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Biomechanica van locomotie in complexe omgevingen: armslingeren bij gibbons (Hylobatidae). 01/10/2008 - 30/09/2010

Abstract

In dit onderzoek wordt nagegaan wat de impact is van de complexiteit en onvoorspelbaarheid van de omgeving op de coördinatie en bewegingscontrole van dieren. Het armslingeren (brachiatie) van gibbons (siamangs) in hun habituele arboreale habitat wordt gekozen als model. Als uitgangspunt wordt gesteld dat gibbons geadapteerd zijn aan, en zich dus energetisch efficiënt voortbewegen in, hun complexe omgeving.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

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)

Evolutie van de controle van het kaak- en hyolinguaal apparaat tijdens het voedseltransport bij hagedissen: een experimentele test van het bestaan van centrale patroon generatoren en de rol van sensorische feedback. 01/10/2007 - 30/09/2009

Abstract

Het doel van dit project bestaat uit het onderzoek naar een centrale patroon generator (CPG) dat het voedingsgedrag in Squamaten controleert en het testen van hypotheses in verband met constraints in de evolutie van de motorcontrole. De bekomen data zullen dan gebruikt worden om een ancestraal model van de controle van voedseltransport op te stellen en dit te vergelijken met bestaande gegevens van zoogdieren en andere vertebraten.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Voortbeweging bij primaten: coördinatie in complexe omgevingen. 01/10/2007 - 30/09/2008

Abstract

Biomechanica van locomotie in complexe omgevingen: armslingeren bij siamangs (Symphalangus syndactylus) In de literatuur werd aangetoond dat gibbons quasi zonder mechanische kosten kunnen armslingeren aan een horizontaal, rigied substraat. Zij doen dit door gebruik te maken van pendulumbewegingen, waarbij potentiële en kinetische energie worden uitgewisseld om een optimaal energiebehoud te creëren. Daarnaast moeten ze hun energieverlies door "botsing" minimaliseren door te zorgen dat de overgang tussen twee slingerbewegingen vlot gebeurt zonder abrupte verandering in het pad van lichaamszwaartepunt. Hoewel de dieren hierin blijken te slagen in uniforme, voorspelbare experimentele omstandigheden, kunnen deze studies geen grondig inzicht bieden in de mate van coördinatie en controle die deze dieren mogelijk vertonen in hun habituele, meer complexe, omgeving. D.m.v. een gradueel opgebouwde complexiteit zal in dit onderzoek bepaald worden wat het effect is van de veerbaarheid van takken en hun ruimtelijke spreiding op de mechanische kosten van armslingeren en of en hoe er kinesiologische aanpassingen worden gerealiseerd. Daarnaast zal nagegaan worden of siamangs een motorisch leerproces vertonen of niet. Als er een leerproces zou bestaan, verwachten we reductie van de mechanische kosten na gewenning aan een specifieke set-up. Om dit alles na te gaan zal een grondige anatomische, kinematische en dynamische analyse uitgevoerd worden op de siamang.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Calamiteit: hoge resolutie RX-high-speed-video configuratie. 23/01/2007 - 31/12/2007

Abstract

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

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)

Specialisaties bij extreme kopmorfologie: een gedetailleerde functioneel morfologische studie over de voedselopname bij zeepaarden en zeenaalden (Syngnathidae). 01/01/2007 - 31/12/2008

Abstract

Voedselopname onder water stelt specifieke eisen aan het voedingsapparaat vanwege de relatief hoge viskositeit en densiteit van het water. Om met deze fysische eigenschappen van het water om te gaan gebruiken veel vissen zuigvoeding. Vissen hebben echter een opvallende diversiteit in kopmorfologie, waarbij een treffend voorbeeld hiervan wordt gevonden in de familie van Syngnathidae (zeepaarden en zeenaalden). Hun kop wordt gekarakteriseerd door een smal en verlengd rostrum met distaal de relatief kleine kaken. Dit bouwplan legt een aantal beperkingen op: zo is de grootte van de prooi beperkt door de kleine mondopening en mogen de wrijvingkrachten, tijdens het zuigen doorheen een smal rostrum, niet meer verwaarloosd worden. Om met deze beperkingen om te gaan, moet de kopmorfologie in deze familie gespecialiseerd zijn. Het hoofddoel van deze studie bestaat erin om de werking van de kopmorfologie van deze dieren in detail te bestuderen en na te gaan op welke manier deze extreme kopmorfologie gespecialiseerd is.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Onderzoek naar de verbanden tussen kinematische, kinetische en EMG-parameters en het mechanisch en metabool energieverbruik bij kinderen met een normaal gangpatroon. 01/01/2007 - 31/12/2008

Abstract

Reeds sinds 1950 wordt er onderzoek uitgevoerd naar het energieverbruik tijdens het stappen. Er is echter nog steeds onduidelijkheid over het verband tussen mechanisch en metabool energieverbruik. Verfijning van de inzichten in het energieverbruik kan een meerwaarde betekenen voor klinische interpretatie van de gedaalde efficiëntie bij pathologische gangpatronen. In dit project wordt hiervoor de basis gelegd door deze verbanden vast te leggen bij gezonde kinderen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Een biomechanische karakterisatie van het belang van visuele prikkels bij de ogenblikkelijke en de ontwikkelingsgebonden mechanische controle van de bipedale gang bij de mens. 01/10/2006 - 30/09/2010

Abstract

Afferente informatie speelt een belangrijke rol bij het controleren en bijsturen van de bewegingen. Deze informatie is afkomstig van het visuele, het vestibulaire, het tactiele en het proprioceptieve systeem. Visuele informatie speelt een belangrijke rol bij het bewaren van het statisch evenwicht. Tijdens het uitvoeren van een beweging is het echter van belang het dynamisch evenwicht te bewaren. Logischerwijze kan aangenomen worden dat visuele feedback-informatie hierbij van belang is. Daarnaast kunnen bij het uitvoeren van een beweging visuele prikkels ook belangrijk zijn bij het sturen van de bewegingscoördinatie. Bij dit onderzoek willen we aan de hand van biomechanische ganganalyses het effect bestuderen van deprivatie van visuele prikkels op de controle en ontwikkeling van de gang.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

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)

Biomechanische en hydrodynamische consequenties van variatie in kopmorfologie voor de zuigvoeding bij vissen. 01/10/2006 - 30/09/2009

Abstract

Vissen zijn ongetwijfeld één van de meest diverse groepen binnen de gewervelde dieren, en de kopmorfologie wijkt bij talrijke soorten dan ook sterk af van het gegeneraliseerde "vis-bouwplan". Een treffend voorbeeld hiervan zijn de zeenaalden en zeepaarden (familie Syngnathidae), een groep van sterk gespecialiseerde zuigvoeders met een kleine mondopening aan het einde van een buisvormige snuit. Voor vissen met zulke afwijkende morfologie voldoen de bestaande biofysische modellen niet langer. De vraag naar nieuwe analysetechnieken dringt zich dan ook op. Deze diergroep vormt aldus een uiterst geschikte modelgroep om de functie en limitaties van extreem gespecialiseerde zuigvoedingsapparaten te bestuderen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

De invloed van individuele morfologische verschillen en groei op de motorische ontwikkeling van bipedaal stappen bij de mens. 01/10/2006 - 30/09/2008

Abstract

Alleen stappen is ongetwijfeld één van de belangrijkste motorische ontwikkelingen van een kind in zijn eerste levensjaren. Deze vaardigheid wordt geleerd in een periode waarin het lichaam in volle groei is. Eerder onderzoek binnen de onderzoeksgroep Functionele morfologie van de Universiteit Antwerpen bracht reeds in beeld hoe kinderen tussen 1 en 2 jaar omgaan met de uitdaging om te stappen. Er is echter nog weinig geweten over de invloed van groei op de ontwikkeling van het stappatroon. De doelstelling van dit onderzoek is om de invloed na te gaan van individueel morfologische verschillen en ontogenetische veranderingen van het morfotype tijdens de kindertijd op de controle en maturatie van het gangpatroon.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

De rol van interne en externe elastische structuren bij het springen van gibbons. 01/10/2006 - 30/07/2008

Abstract

Dit project beoogt een gedetailleerde biomechanische analyse van het springen van gibbon, met een focus op de rol van interne (spieren, pezen, ligamenten) en externe (substraat) elastische structuren. In een eerste deel van de studie zullen de elastische eigenschappen van de pezen in de achterste ledematen van gibbons onderzocht worden, op basis van experimentele testen op kadavers. In een tweede deel zal de kinematica en kinetica van de afstoot tijdens het springen vanaf hard substraat en een buigzaam substraat geanalyseerd worden. Hierdoor kunnen we nagaan wat de rol is van de interne elastische structuren tijdens het springen, en hoe deze interageren met veranderende substraateigenschappen. Doel is om inzicht krijgen in het samenspel van interne en externe elastische structuren bij het springen van gibbons en om te onderzoeken of de kinematica en de ogenblikkelijke spier-peeseigenschappen zodanig kunnen worden afgesteld dat er optimaal gebruik kan worden gemaakt van de interne en externe elastische structuren om de prestatie te verbeteren.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

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)

Evolutie van de controle van het kaak- en hyolinguaal apparaat tijdens het voedseltransport bij hagedissen: een experimentele test van het bestaan van centrale patroon generatoren en de rol van sensorische feedback. 01/10/2005 - 30/09/2007

Abstract

Het doel van dit project bestaat uit het onderzoek naar een centrale patroon generator (CPG) dat het voedingsgedrag in Squamaten controleert en het testen van hypotheses in verband met constraints in de evolutie van de motorcontrole. De bekomen data zullen dan gebruikt worden om een ancestraal model van de controle van voedseltransport op te stellen en dit te vergelijken met bestaande gegevens van zoogdieren en andere vertebraten.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Het verband tussen kinematica van het voet-enkel complex, plantaire drukprofielen en statische voetafdrukken : een nieuwe benadering voor de functionele interpretatie van gefossileerde hominide voetsporen. 01/01/2005 - 31/12/2008

Abstract

Het verband tussen kinematica van het voet-enkel complex, plantaire drukprofielen en statische voetafdrukken: een nieuwe benadering voor de functionele interpretatie van gefossiliseerde hominide voetsporen. Voetafdrukken die worden nagelaten in een vervormbaar substraat bevatten informatie over de anatomie en het voortbewegingsmechanisme van de maker, in het geval van gefossiliseerde afdrukken is dit de hominine voorouder, maar dit kan ook de moderne mens zijn (bv. in forensisch onderzoek). Dit project beoogt om de complexe interactie tussen de verschillende factoren die de morfologie van de afdruk bepalen te ontrafelen. Hiertoe wordt zowel experimenteel als modelmatig gewerkt, in drie grote stappen: (1) analyse van de relatie voetafdruk-plantaire druk, (2) analyse van de relatie plantaire druk-kinematica en (3) kombinatie van deze stappen, verificatie van de bevindingen en interpretatie naar gekende fossiele afdrukken (zoals deze uit Laetoli, Tanzania).

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Biomechanische analyse van de ontwikkeling van stappen bij peuters met vertraagde motorische ontwikkeling. 01/01/2005 - 31/12/2006

Abstract

Het voorgestelde onderzoeksproject wil inzicht geven in de ontwikkeling van stappen door het stappatroon van kinderen die de normale ontwikkelingslijn volgen, te vergelijken met stappatroon van kinderen die enkel op motorisch gebied een vertraging kennen. Inzicht in motoriek wordt verworven door het bestuderen van voetfunctie, kinematische en kinetische profielen. Deze technieken zijn zeer arbeidsintensief en een correcte analyse en interpretatie van de resultaten vraagt een gedegen voorkennis.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

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)

Evolutie van bipedalie bij de Hominoidea : vergelijking van kinesiologie en voetmorfologie van Hylobates, Pan en Homo. 01/10/2004 - 30/09/2006

Abstract

De vraag kan worden gesteld waarom bipedalie enkel bij Homo obligaat geworden is. Inderdaad, alle recente genera van de Hominoidea vertonen in min of meerdere mate bipedalie in hun locomotierepertoire. Hierbij valt het bovendien op dat de nauwste verwanten van de mens (genus Pan), ondanks hun grote morfologische en morfometrische gelijkenis (McHenry & Corruccini, 1991; Zihlman, 1984) slechts in beperkte mate gebruik maken van een tweebenige voortbeweging (< 2%; Duchêne, 1997). De gibbons (genus Hylobates), de verste verwanten van de mens, zijn daarentegen het meest bipedaal van alle niet-humane primaten (Schmid & Piaget, 1994) en dit ondanks hun specifieke aanpassingen aan een andere locomotievorm, namelijk brachiatie. De groep waartoe de recente Hylobates-soorten behoren heeft zich ongeveer 20 miljoen jaar geleden afgesplitst van de lijn die heeft geleid naar de Hominidae. Het is dus niet onwaarschijnlijk dat de bipedale locomotie van Hylobates onafhankelijk ontstond van deze die we terugvinden bij recentere genera zoals Pan en Homo. Om deze hypothese te ondersteunen (of te verwerpen) moet eerst de volgende concrete vraag worden beantwoord : wat zijn de functioneel-morfologische en kinesiologische verschillen en gelijkenissen in de bipedalie bij Hylobatidae en Hominidae ? Dit voorstel is een uitbreiding van het lopende FWO-project (G.0209.99) waarin de locomotie van de bonobo (Pan paniscus) in een evolutieve context wordt geanalyseerd (samenwerking UIA, UG en KMDA). Dit impliceert dat deze doctoraatsstudie zich in eerste instantie zal toespitsen op de kinesiologie en morfologie van het locomotieapparaat van Hylobates. Alhoewel er reeds meerdere studies bestaan over de brachiatie bij dit genus (Chang et al., 2000; Betram et al., 1999), werd de kinesiologie van de terrestrische bipedale locomotie nog niet in detail onderzocht. Een grondige analyse van de voetstructuur is een essentiële aanvulling nodig voor de interpretatie van deze biomechanische studie. In tweede instantie zal er worden teruggegrepen naar de resultaten van het hierboven vermelde biomechanische onderzoek (Aerts et al., 2000) van de bonobo (en de mens) om de vooropgestelde vergelijking van de bipedale voortbeweging uit te voeren. Aangezien de detailstudie van de voet van Pan paniscus geen onderwerp uitmaakt van het genoemde inter-universitaire FWO-project, wordt de morfologische analyse van de voet van de bonobo ook in dit doctoraatsvoorstel opgenomen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Dominantie, reproductief succes en reproductieve investering van mannelijke Amerikaanse bizonstieren (Bizon bison) in semi-natuurlijke condities. 01/06/2004 - 31/08/2004

Abstract

Bij vele soorten bestaat er voor mannelijke dieren een nauw positief verband tussen dominantiepositie en reproductief succes. Ondergeschikte mannen zullen alternatieve paarstrategieën nasteven. De dominantiepositie wordt beïnvloed door verschillende individuele kenmerken, zoals leeftijd en gewicht, maar ook door groepskenmerken, zoals groepssamenstelling, groepsgrootte en leeftijdsstructuur. Voor bizonstieren (Bison bison) resulteert het korte paarseizoen (rut) in een maximale inzet in een minimaal tijdsbestek. Bizonstieren vertonen extreme competitie in deze periode en dit heeft gevolgen voor de onderlinge relaties tussen de stieren. De hoofddoelstelling van de studie is het bestuderen van de intaseksuele competitieve relaties tussen Amerikaanse bizonstieren en het nagaan van hun paarstrategieën in semi-natuurlijke condities. Hiervoor zullen de dominantieverhoudingen tussen de stieren, hun reproductief succes en reproductieve investering worden onderzocht. Het effect van individuele kenmerken (gewicht en leeftijd) en van groepskenmerken (groepssamenstelling, -grootte en leeftijdscombinaties) zal worden nagegaan. De link naar de encocrinologie wordt gelegd door de analyse van concentraties aan stress- en sekshormonen (cortisol en testosteron) van de bestudeerde dieren. Uit observaties is vroeger afgeleid dat de meest dominante mannen een zeer hoog reproductief succes behalen, maar door het ontbreken van paterniteitsgegevens is deze veronderstelling nooit bewezen. In de studie zal het reproductief succes van elke stier op een zeer betrouwbare manier worden bepaald aan de hand van DNA-analyses. Reproductieve investering zal gekwantificeerd worden om na te gaan of er 1) een stijging is met de leeftijd en 2) een verandering tijdens de rut in functie van tijd en status. De dominantieverhoudingen zullen bepaald worden door observatie van agonistische gedragingen in twee verschillende periodes: 1) tijdens de rut, wanneer er competitie is voor partners, en 2) tijdens de winter, wanneer er voornamelijk voedselcompetitie optreed. Tijdens deze observaties zullen meststalen worden verzameld die geanalyseerd worden om testosteron- en cortisolniveaus te bepalen. Eens per jaar worden de dieren gewogen en kunnen bloedstalen worden verzameld. Uit deze stalen kan via de paterniteitstesten het effectieve reproductieve succes van de stieren worden bepaald, wat dan vergeleken wordt met de geobserveerde copulaties van het voorgaand paarseizoen. Reproductieve investering wordt gekwantificeerd aan de hand van het meten van de tijdsbudgetten van de dieren en de mate waarin ze risicovolle agressies aangaan. Ondanks hun toenemende economische waarde bestaat er nog steeds een gebrek aan kennis over de reproductieve strategieën en de seksuele competitie tussen bizonstieren.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Biomechanische analyse van de motorische ontwikkeling van stappen. 01/02/2004 - 31/12/2005

Abstract

Het BAMOS project wil diepgaand inzicht verwerven in de motorische ontwikkeling bij jonge kinderen aan de hand van geavanceerde biomechanische analyse. Er wordt gefocusseerd op de ontogenie van stappen bij peuters aangezien het verwerven van deze vaardigheid sterke eisen stelt met betrekking tot musculo-skeletale (evenwichts-)controle en coördinatie.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Evolutieve adaptaties aan een gespecialiseerde voedingsniche : algenschrapen bij tropische meervallen. 01/01/2004 - 31/12/2007

Abstract

Dit project beoogt de studie van de evolutie van een uiterst gespecialiseerd voedsel-opnameapparaat, nl. dat voor het schrapen van algen via een zuigmond. Deze uiterst gespecialiseerde voedingsniche is enkel ingenomen geworden door kikkerlarven en tropische meervallen. Dit project zal vanuit een multidisciplinaire benadering de ontogenie, functionaliteit en evolutie van dit apparaat bestuderen bij drie families van tropische meervallen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Overleving en reproductief succes bij de lacertide hagedis Gallotia galloti : wisselwerking tussen natuurlijke en seksuele selectie. 01/01/2004 - 30/09/2004

Abstract

De doelstelling van dit project is te achterhalen welke morfologische, fysiologische en gedragsmatige eigenschappen de overleving en het reproductief succes bepalen in een lacertide hagedis. Hiervoor zal ik gebruik maken van het onderzoeksschema van Arnold (1983), wat betekent dat ik het verband zal onderzoeken tussen `design' en ecologische prestatie (de prestatiegradiënt) en tussen prestatie en fitness (de fitnessgradient). Aangezien deze relaties tussen design, prestatie en fitness complex zijn, zal ik mij toeleggen op één soort van de Lacertidae: de hagedis van de Canarische Eilanden Gallotia galloti. Op het `design' niveau zal ik, hoofdzakelijk van mannelijke individuen, een aantal morfologische (morfometrie, kleurpatroon, femorale poriën,...) en fysiologische karakteristieken bepalen. Ook verschillende types van ecologische prestatie zullen gemeten worden: voortbeweging, bijtkracht, vechtcapaciteit en parasieten op een eerste niveau, en territoriumkwaliteit, fourageersucces en paarsucces op een tweede niveau (als verondersteld gevolg van de prestaties op het eerste niveau). Aangezien Gallotia galloti een ectotherm organisme is, speelt de lichaamstemperatuur een sleutelrol in dit schema en heeft ze een belangrijke invloed op alle genoemde vormen van prestatie. De verbanden tussen al deze parameters met elkaar en met overleving en reproductief succes zullen getest worden op basis van theorieën en hypotheses in verband met natuurlijke selectie s.s., intraseksuele selectie (competitie tussen mannetjes) en interseksuele selectie (vrouwelijke partnerkeuze). Deze hypotheses en veronderstelde verbanden zullen getest worden aan de hand van correlatieve analyses van veldgegevens, aangevuld met experimenten onder gecontroleerde omstandigheden. Tijdens de veldstudie op Tenerife (gedurende verschillende maanden per jaar) zullen individuen gemerkt worden om een permanente identificatie mogelijk te maken en de volgende gegevens zullen verzameld worden: morfometrie (lichaamslengte en 'massa, kopmaten, lengte van ledematen); grootte en intensiteit van de blauwe keelvlek; bloedstalen (om het testosterongehalte en het immuunsysteem te onderzoeken); aantal ecto- en endoparasieten; paargedrag; agressief gedrag en confrontaties; territoriumgrootte en 'kwaliteit. Deze gegevens zullen mij toelaten het verband na te gaan tussen, bijvoorbeeld, territoriumkwaliteit en paarsucces of tussen kopgrootte en dominantie. De jaarlijkse overleving zal geschat worden aan de hand van merk-hervangst methoden. De volgende experimenten in het labo worden gepland: - Het testen van de locomotorische prestatie (sprintsnelheid, uithouding en wendbaarheid) om de volgende aspecten te onderzoeken: biomechanische relaties tussen vorm en functie, mogelijke trade-offs tussen verschillende locomotietypes, het effect van locomotorische prestatie op dominantie en op overleving. - Confrontaties tussen mannetjes om te achterhalen welke parameters de vechtcapaciteit en dominantie beïnvloeden. De volgende parameters zullen getest worden: lichaamsgrootte, relatieve kopgrootte, lichaamstemperatuur, testosterongehalte, effect van de kleurvlek als statussymbool, residentie en locomotorische prestatie. - Het testen van vrouwelijke partnerkeuze, gebaseerd op visuele en/of chemische signalen. - `Phenotypic engineering' met testosteron als test van de `immunocompetentie handicap hypothese' (Folstad & Karter, 1992)

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Biomechanische determinanten van de ontwikkeling van bipedaal stappen bij de mens. 01/10/2003 - 30/09/2005

Abstract

Op een paar maanden tijd ontwikkelt een peuter de coördinatie die vereist is voor een stabiele habituele gang. Deze ontwikkeling kan vanuit 2 verschillende standpunten benaderd worden. Het fenomenologisch model (dynalical systems approach) herleidt het complexe systeem tot een aantal basisvariabelen die beschouwd worden als collectief resultaat van het dynamisch gedrag van alle componenten van het systeem. Variabiliteitsanalyse van het cyclisch gedrag van deze basisparameters levert inzicht in de ontwikkelingsprocessen (Thelen & Smith, 1994; Clark, 1997). Vertrekkende van een zorgvuldige analyse van structuur en biomechanica van het locomotorsysteem tracht men bij de mechanistische of structurele aanpak inzicht te verwerven in de oorzaken onderliggend aan het cyclisch gedrag. De fenomenologiscge en mechanistische modellen moeten niet beschouwd worden als alternatieven maar als complementaire zienswijzen die het probleem van motorische ontwikkelling op een tegengestelde manier benaderen. Op een aantal uitzonderingen na (Sutherland et al.,1980; Grimshaw et al.,1998) werd bij longitudinale studies handelend over de vroege ontwikkeling van stappen de voorkeur gegeven aan de fenomenologische aanpak (Clark & Phillips, 1993; Ledebt & Bril, 2000). Ons project wil trachten inzicht te krijgen in de biomechanische oorzaken van de geobserveerde veranderingen. Zoals vaak vermeld in literatuur behelst de ontwikkeling van zelfstandig stappen de combinatie van het behoud van evenwicht en het genereren van een voorwaartse beweging. We wensen te achterhalen hoe deze uitdaging gerealiseerd wordt door een peuter, waarvan het morfologisch bouwplan aanzienlijk verschillend is van de volwassen morfologie. Hiertoe worden gedetailleerde 3D-kinematische analysen uitgevoerd, gekoppeld aan metingen van 3D-grondreactiekrachten, het verloop van drukken onder de voet (met een hoge spatiële en temporele resolutie) en eventueel een electromyografische registratie van spieractiviteiten. Aandacht wordt hierbij geschonken aan de dynamica van het zwaartepunt en verschillende lichaamssegmenten. Vast lichaam en segmentele kinetica en energetica leren ons hoeveel energie het kost om de beweging uit te voeren. Uit de netto-gewrichtsmomenten wordt afgeleid in welke gewrichten energie geleverd wordt en waar energie verdwijnt. Eveneens wordt gekeken naar het verloop van kracht- en drukprofielen onder de voet en naar het verloop van het drukmiddelpunt onder de voet. Deze informatie, in combinatie met de grondreactiekrachten is belangrijk voor het achterhalen van de stabiliteit in de gewrichten. Ook moet aandacht besteed worden aan de occasionele pogingen waarbij het kindje faalt. Welke parameter wijkt af er en zorgt ervoor dat het kind zijn evenwicht verliest? We weten dat er bij kinderen die net leren stappen een zeer grote variabiliteit is in het bewegingspatroon. Ons doel is dan ook niet om een gemiddeld patroon op te stellen van 'de nieuwe loper', we verwachten eerder een aantal algemene trends te kunnen vaststellen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

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)

De evolutie van thermische acclimatie bij Gambusia holbrooki. 01/01/2003 - 30/09/2003

Abstract

Terwijl de fysiologische basis van acclimatisatie in het verleden veel aandacht heeft gekregen (vb. Prosser 1958, Bligh en Johnson 1973, Precht et al. 1973, Cossins en Bowler 1987, Prosser 1991, Hazel 1995 en Somero 1997), werd de evolutie van het vermogen tot acclimatisatie merkwaardig genoeg nauwelijks bestudeerd (Huey et al. 1999, Wilson en Franklin 2002). De hoofddoelstelling van dit project is inzicht te verwerven in de evolutie van thermische acclimatisatie bij de vis Gambusia holbrooki. Hiertoe zal ik (1) testen voor erfelijke variatie in de acclimatiecapaciteit binnen een populatie G. holbrooki, (2) het fitnessvoordeel van thermische acclimatie bestuderen en (3) verschillen in acclimatiecapaciteit tussen populaties G. holbrooki onderzoeken.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

    Biomechanische analyse van de arboreale locomotie van de bonobo (Pan paniscus). 01/10/2002 - 26/11/2006

    Abstract

    Onderzoeker(s)

    Onderzoeksgroep(en)

    Vergelijkend onderzoek naar insectivorie bij sympatrische westelijke laaglandgorilla's (Gorilla gorilla gorilla) en chimpansees (Pan troglodytes troglodytes) in laaglandregenwoud in Zuid-Oost Kameroen. 01/10/2002 - 31/12/2005

    Abstract

    Naast planten, vormen insecten een kleiner, maar regelmatig aandeel van het dieet van sympatrische westelijke laaglandgorilla's (G. g. gorilla) en chimpansees (P. t. troglodytes). Deze studie, in recent geëxploiteerd regenwoud in Zuid-Oost Kameroen, is de eerste die simultaan de consumptie van insecten door beide apensoorten, en de abundantie en temporele activiteit van prooien (voornamelijk mieren en termieten) in het studiegebied onderzoekt. Het doel is nagaan of beide mensapen verschillende strategieën (niche differentiatie) vertonen in het insectivoor gedrag. We verwachten dat de temporele variaties in de frequentie van insectivorie door gorilla's en chimpansees niet onderling gecorreleerd zijn, en verklaard worden door andere factoren bij beide soorten. Volgende parameters moeten onderzocht worden om deze hypothese te testen: 1) de samenstelling van het insecten- en planten- (fruit en vegetatief materiaal) dieet van chimpansees en gorilla's gedurende de periode van één jaar, en 2) de verspreiding van deze bronnen in tijd en ruimte. Ten eerste zal de samenstelling van het insectendieet vergeleken worden tussen beide mensapen. Ten tweede zal de relatie onderzocht worden tussen de temporele variatie in de frequentie van insectivorie en 1) de beschikbaarheid van insecten in tijd en ruimte in het woud, en 2) de seizoenale variatie van plantaardig voedsel in het dieet. De samenstelling en de maandelijkse verdeling van het insecten- en plantenaandeel in hun dieet zal nagegaan worden door het analyseren van faeces en voedselsporen. Alle voedselresten zullen geïdentificeerd en kwantitatief gemeten worden. Het verzamelen van gegevens over de verspreiding van plantenvoedsel in de verschillende vegetatietypes en de identificatie van plantaardige voedselresten zullen gedaan worden door plantkundigen die aanwezig zijn in het project. Ik zal de relatieve densiteiten van mieren- en termietenprooien in de verschillende vegetatietypes schatten door middel van een band-transect methode en ik zal de temporele activiteit van de prooien opvolgen door het regelmatig bezoeken van hun nesten en door middel van een pitfall-methode. Als de resultaten de hierboven vermelde hypothese bevestigen, kunnen verschillen in het eten van insecten door gorilla's en chimpansees geïnterpreteerd worden in functie van niche differentiatie.

    Onderzoeker(s)

    Onderzoeksgroep(en)

    Evolutie van prestatievermogen bij hagedissen : de fitness gradient. 01/10/2002 - 30/09/2005

    Abstract

    Het schijnbaar perfecte verband tussen de vorm van organismen en hun omgeving spreekt al sinds eeuwen tot de verbeelding van biologen. Terwijl de 19de eeuwse natuurtheologen dit verband aanwendden als bewijs voor het bestaan van een Goddelijke Schepper, gebruikte Charles Darwin (1859) dezelfde observatie om zijn theorie van evolutie door natuurlijke selectie te staven. Hierdoor geïnspireerd, verklaarden vele `traditionele' evolutiebiologen alle vorm-functie relaties als adaptaties. In de jaren 70 kwam hierop sterke kritiek en in 1983 stelde Stevan Arnold een methode voor waarmee de aanwezigheid van adaptaties expliciet kan getest worden. De zogenaamde adaptatieketen van Arnold splitst het adaptatieproces op in twee componenten, namelijk de prestatie-gradiënt en de fitness-gradiënt. Terwijl de prestatie-gradiënt gedefinieerd wordt als het effect van variatie in bouw (design) op variatie in prestatievermogen, wordt de fitness-gradiënt gedefinieerd als het effect van variatie in prestatievermogen op de variatie in overleving en reproductief succes (fitness). De fitness van een organisme wordt echter niet door een geïsoleerde prestatiemaat, maar door meerdere prestatiematen tegelijkertijd beïnvloed. Als deze verschillende prestatiematen tegengestelde eisen stellen aan dezelfde design kenmerken, treden er evolutionaire trade-offs op. In vele gevallen vertroebelen deze ecomorfologische relaties. Het is dan ook noodzakelijk verschillende prestatiematen te kwantificeren en onderling te correleren als men de relatie tussen design, prestatievermogen en fitness wilt begrijpen. Een belangrijke oorsprong van conflicten in design is het spanningsveld tussen natuurlijke s.s. en seksuele selectie. Een duidelijke uiting daarvan is seksueel dimorfisme. De link met fitness is in deze context zelden correct onderzocht. De verschillende hypothesen en speltheoretische modellen die werden opgesteld in verband met seksuele selectie werden tot hiertoe vooral getest voor design kenmerken. Hierbij wordt meestal niet verder gegaan dan het correleren van seksuele kenmerken aan de overleving en het reproductief succes van een organisme. In dit project bestudeer ik het onderliggende mechanisme door na te gaan hoe deze correlaties tot stand komen en in welke gevallen seksuele kenmerken negatieve effecten hebben. Als studieorganismen gebruik ik hagedissen behorende tot de familie Lacertidae en het genus Anolis.

    Onderzoeker(s)

    Onderzoeksgroep(en)

    Foerageerstrategieën en de co-evolutie van morfologie, fysiologie en gedrag van lacertide hagedissen. 01/10/2002 - 30/09/2004

    Abstract

    Vele auteurs (beginnend met Pianka 1966) suggereren dat een dier moet kiezen tussen twee sterk verschillende foerageerstrategieën: sit-and-wait foerageren (SW), waarbij het dier stil blijft en wacht totdat een geschikte prooi in zijn bereik komt, en actief foerageren (AF), waarbij de predator actief op zoek gaat naar het geschikte voedsel. Vaak stelt men (onder andere McLaughlin 1989) dat elke foerageerstrategie steeds samenhangt met een reeks morfologische, gedragsmatige en ecologische kenmerken (zoals acceleratievermogen, uithoudingsvermogen, spiersamenstelling, dagelijkse energie-behoeften, dieet, prooidetectie, anti-predatorgedrag, habitaatkeuze en thermoregulatie). Dit noemt men de 'syndroomhypothese'. Zo'n dichotomie in foerageerwijze en ermee samenhangende kenmerken is met name in de herpetologie lange tijd zeer populair geweest, zonder dat dit evenwel steunt op veel empirisch bewijsmateriaal. Er is zelfs geen consensus over de kwantitatieve typering van een dier als SW en AF. Recent (vb. Perry 1999) werd gesuggereerd dat de dichtomie vals is en er eigenlijk een continuum van voedselzoekstrategieën bestaat. Bovendien werd er in vele studies die de syndroomhypothese bevestigen geen rekening gehouden met de fylogenetische relaties tussen de (meestal slechts twee) bestudeerde soorten, waardoor over de waarde van eventueel gevonden verschillen eigenlijk geen conclusies mogelijk zijn. In dit onderzoek zal nagegaan hoe binnen de familie der Lacertidae de wijze van foerageren samenhangt met kenmerken op meerdere gebieden (uithoudingsvermogen, versnellingscapaciteit, ratio rode spiervezels/witte spiervezels in het locomotie-apparaat, dieet, habitaatkeuze, chemoreceptorische capaciteit), onder andere met de bedoeling om na te gaan of de syndroomhypothese hier wel opgaat. De fylogenie van de groep is vrij goed bekend, zodat de interspecifieke vergelijkingen kunnen gebeuren in een expliciet fylogenetische context. Uiteindelijk zouden de verkregen gegevens een inzicht moeten kunnen verschaffen in de co-evolutie van de bestudeerde kenmerken.

    Onderzoeker(s)

    Onderzoeksgroep(en)

    Evolutie van bipedalie bij de Hominoidea : vergelijking van kinesiologie en voetmorfologie van Hylobates, Pan en Homo. 01/10/2002 - 30/09/2004

    Abstract

    De vraag kan worden gesteld waarom bipedalie enkel bij Homo obligaat geworden is. Inderdaad, alle recente genera van de Hominoidea vertonen in min of meerdere mate bipedalie in hun locomotierepertoire. Hierbij valt het bovendien op dat de nauwste verwanten van de mens (genus Pan), ondanks hun grote morfologische en morfometrische gelijkenis (McHenry & Corruccini, 1991; Zihlman, 1984) slechts in beperkte mate gebruik maken van een tweebenige voortbeweging (< 2%; Duchêne, 1997). De gibbons (genus Hylobates), de verste verwanten van de mens, zijn daarentegen het meest bipedaal van alle niet-humane primaten (Schmid & Piaget, 1994) en dit ondanks hun specifieke aanpassingen aan een andere locomotievorm, namelijk brachiatie. De groep waartoe de recente Hylobates-soorten behoren heeft zich ongeveer 20 miljoen jaar geleden afgesplitst van de lijn die heeft geleid naar de Hominidae. Het is dus niet onwaarschijnlijk dat de bipedale locomotie van Hylobates onafhankelijk ontstond van deze die we terugvinden bij recentere genera zoals Pan en Homo. Om deze hypothese te ondersteunen (of te verwerpen) moet eerst de volgende concrete vraag worden beantwoord : wat zijn de functioneel-morfologische en kinesiologische verschillen en gelijkenissen in de bipedalie bij Hylobatidae en Hominidae ? Dit voorstel is een uitbreiding van het lopende FWO-project (G.0209.99) waarin de locomotie van de bonobo (Pan paniscus) in een evolutieve context wordt geanalyseerd (samenwerking UIA, UG en KMDA). Dit impliceert dat deze doctoraatsstudie zich in eerste instantie zal toespitsen op de kinesiologie en morfologie van het locomotieapparaat van Hylobates. Alhoewel er reeds meerdere studies bestaan over de brachiatie bij dit genus (Chang et al., 2000; Betram et al., 1999), werd de kinesiologie van de terrestrische bipedale locomotie nog niet in detail onderzocht. Een grondige analyse van de voetstructuur is een essentiële aanvulling nodig voor de interpretatie van deze biomechanische studie. In tweede instantie zal er worden teruggegrepen naar de resultaten van het hierboven vermelde biomechanische onderzoek (Aerts et al., 2000) van de bonobo (en de mens) om de vooropgestelde vergelijking van de bipedale voortbeweging uit te voeren. Aangezien de detailstudie van de voet van Pan paniscus geen onderwerp uitmaakt van het genoemde inter-universitaire FWO-project, wordt de morfologische analyse van de voet van de bonobo ook in dit doctoraatsvoorstel opgenomen.

    Onderzoeker(s)

    Onderzoeksgroep(en)

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

    Abstract

    Onderzoeker(s)

    Onderzoeksgroep(en)

    Overleving en reproductief succes bij de lacertide hagedis Gallotia galloti : wisselwerking tussen natuurlijke en seksuele selectie. 01/01/2002 - 31/12/2003

    Abstract

    De doelstelling van dit project is te achterhalen welke morfologische, fysiologische en gedragsmatige eigenschappen de overleving en het reproductief succes bepalen in een lacertide hagedis. Hiervoor zal ik gebruik maken van het onderzoeksschema van Arnold (1983), wat betekent dat ik het verband zal onderzoeken tussen `design' en ecologische prestatie (de prestatiegradiënt) en tussen prestatie en fitness (de fitnessgradient). Aangezien deze relaties tussen design, prestatie en fitness complex zijn, zal ik mij toeleggen op één soort van de Lacertidae: de hagedis van de Canarische Eilanden Gallotia galloti. Op het `design' niveau zal ik, hoofdzakelijk van mannelijke individuen, een aantal morfologische (morfometrie, kleurpatroon, femorale poriën,...) en fysiologische karakteristieken bepalen. Ook verschillende types van ecologische prestatie zullen gemeten worden: voortbeweging, bijtkracht, vechtcapaciteit en parasieten op een eerste niveau, en territoriumkwaliteit, fourageersucces en paarsucces op een tweede niveau (als verondersteld gevolg van de prestaties op het eerste niveau). Aangezien Gallotia galloti een ectotherm organisme is, speelt de lichaamstemperatuur een sleutelrol in dit schema en heeft ze een belangrijke invloed op alle genoemde vormen van prestatie. De verbanden tussen al deze parameters met elkaar en met overleving en reproductief succes zullen getest worden op basis van theorieën en hypotheses in verband met natuurlijke selectie s.s., intraseksuele selectie (competitie tussen mannetjes) en interseksuele selectie (vrouwelijke partnerkeuze). Deze hypotheses en veronderstelde verbanden zullen getest worden aan de hand van correlatieve analyses van veldgegevens, aangevuld met experimenten onder gecontroleerde omstandigheden. Tijdens de veldstudie op Tenerife (gedurende verschillende maanden per jaar) zullen individuen gemerkt worden om een permanente identificatie mogelijk te maken en de volgende gegevens zullen verzameld worden: morfometrie (lichaamslengte en 'massa, kopmaten, lengte van ledematen); grootte en intensiteit van de blauwe keelvlek; bloedstalen (om het testosterongehalte en het immuunsysteem te onderzoeken); aantal ecto- en endoparasieten; paargedrag; agressief gedrag en confrontaties; territoriumgrootte en 'kwaliteit. Deze gegevens zullen mij toelaten het verband na te gaan tussen, bijvoorbeeld, territoriumkwaliteit en paarsucces of tussen kopgrootte en dominantie. De jaarlijkse overleving zal geschat worden aan de hand van merk-hervangst methoden. De volgende experimenten in het labo worden gepland: - Het testen van de locomotorische prestatie (sprintsnelheid, uithouding en wendbaarheid) om de volgende aspecten te onderzoeken: biomechanische relaties tussen vorm en functie, mogelijke trade-offs tussen verschillende locomotietypes, het effect van locomotorische prestatie op dominantie en op overleving. - Confrontaties tussen mannetjes om te achterhalen welke parameters de vechtcapaciteit en dominantie beïnvloeden. De volgende parameters zullen getest worden: lichaamsgrootte, relatieve kopgrootte, lichaamstemperatuur, testosterongehalte, effect van de kleurvlek als statussymbool, residentie en locomotorische prestatie. - Het testen van vrouwelijke partnerkeuze, gebaseerd op visuele en/of chemische signalen. - `Phenotypic engineering' met testosteron als test van de `immunocompetentie handicap hypothese' (Folstad & Karter, 1992)

    Onderzoeker(s)

    Onderzoeksgroep(en)

    Individuele variatie in morfologie, morfometrie en prestatie in locomotie bij Rana esculanta. 01/01/2002 - 31/12/2003

    Abstract

    De evolutie van de amphibia is gekenmerkt door vele grote radiaties. Opvallend hierbij is dat al deze radiaties hun oorsprong kennen in een terrestrische voorouder. Sommige lijnen bleven terrestrisch, terwijl anderen terugkeerden naar een aquatische levenswijze. Bij kikkers heeft deze voorouderlijke levenswijze een stempel gedrukt op de evolutie van zijn voortbewegingswijze: in elke kikker-groep vinden we morfologische adaptaties aan een springende voortbeweging terug. Ondanks de duidelijk conflicterende eisen die zwemmen en springen aan het voortbewegingsapparaat stellen, werd de energetische consequenties ervan nooit verder bestudeerd. Zwemmen kan bijvoorbeeld beschouwd worden als een inefficiënte aktiviteit omdat het een onderbroken, niet-continue beweging is. Traagzwemmende kikkers gebruiken een andere zwemtechniek, wat hen in staat stelt wél aan een constante snelheid te zwemmen. Samenvattend kan men de doelstelling van deze studie beschrijven als het quantificeren van de energetische kosten verbonden aan zwemmen en springen en hun mechanische verschillen bij een modelsoort (Rana esculenta). Deze gegevens zullen inzicht verschaffen in de oorsprong van een mogelijke trade-off tussen zwemmen en springen bij Anura.

    Onderzoeker(s)

    Onderzoeksgroep(en)

    Biomechanische analyse van de arboreale locomotie van de bonobo (Pan paniscus). 01/01/2002 - 30/09/2002

    Abstract

    Onderzoeker(s)

    Onderzoeksgroep(en)

      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)

      Biomechanische determinanten van de ontwikkeling van bipedaal wandelen bij de mens. 01/10/2001 - 30/09/2003

      Abstract

      Op een paar maanden tijd ontwikkelt een peuter de coördinatie die vereist is voor een stabiele habituele gang. Deze ontwikkeling kan vanuit 2 verschillende standpunten benaderd worden. Het fenomenologisch model (dynalical systems approach) herleidt het complexe systeem tot een aantal basisvariabelen die beschouwd worden als collectief resultaat van het dynamisch gedrag van alle componenten van het systeem. Variabiliteitsanalyse van het cyclisch gedrag van deze basisparameters levert inzicht in de ontwikkelingsprocessen (Thelen & Smith, 1994; Clark, 1997). Vertrekkende van een zorgvuldige analyse van structuur en biomechanica van het locomotorsysteem tracht men bij de mechanistische of structurele aanpak inzicht te verwerven in de oorzaken onderliggend aan het cyclisch gedrag. De fenomenologiscge en mechanistische modellen moeten niet beschouwd worden als alternatieven maar als complementaire zienswijzen die het probleem van motorische ontwikkelling op een tegengestelde manier benaderen. Op een aantal uitzonderingen na (Sutherland et al.,1980; Grimshaw et al.,1998) werd bij longitudinale studies handelend over de vroege ontwikkeling van stappen de voorkeur gegeven aan de fenomenologische aanpak (Clark & Phillips, 1993; Ledebt & Bril, 2000). Ons project wil trachten inzicht te krijgen in de biomechanische oorzaken van de geobserveerde veranderingen. Zoals vaak vermeld in literatuur behelst de ontwikkeling van zelfstandig stappen de combinatie van het behoud van evenwicht en het genereren van een voorwaartse beweging. We wensen te achterhalen hoe deze uitdaging gerealiseerd wordt door een peuter, waarvan het morfologisch bouwplan aanzienlijk verschillend is van de volwassen morfologie. Hiertoe worden gedetailleerde 3D-kinematische analysen uitgevoerd, gekoppeld aan metingen van 3D-grondreactiekrachten, het verloop van drukken onder de voet (met een hoge spatiële en temporele resolutie) en eventueel een electromyografische registratie van spieractiviteiten. Aandacht wordt hierbij geschonken aan de dynamica van het zwaartepunt en verschillende lichaamssegmenten. Vast lichaam en segmentele kinetica en energetica leren ons hoeveel energie het kost om de beweging uit te voeren. Uit de netto-gewrichtsmomenten wordt afgeleid in welke gewrichten energie geleverd wordt en waar energie verdwijnt. Eveneens wordt gekeken naar het verloop van kracht- en drukprofielen onder de voet en naar het verloop van het drukmiddelpunt onder de voet. Deze informatie, in combinatie met de grondreactiekrachten is belangrijk voor het achterhalen van de stabiliteit in de gewrichten. Ook moet aandacht besteed worden aan de occasionele pogingen waarbij het kindje faalt. Welke parameter wijkt af er en zorgt ervoor dat het kind zijn evenwicht verliest? We weten dat er bij kinderen die net leren stappen een zeer grote variabiliteit is in het bewegingspatroon. Ons doel is dan ook niet om een gemiddeld patroon op te stellen van 'de nieuwe loper', we verwachten eerder een aantal algemene trends te kunnen vaststellen.

      Onderzoeker(s)

      Onderzoeksgroep(en)

        Foerageerstrategieën en de co-evolutie van morfologie, fysiologie en gedrag van lacertide hagedissen. 01/10/2001 - 30/09/2002

        Abstract

        Vele auteurs (beginnend met Pianka 1966) suggereren dat een dier moet kiezen tussen twee sterk verschillende foerageerstrategieën: sit-and-wait foerageren (SW), waarbij het dier stil blijft en wacht totdat een geschikte prooi in zijn bereik komt, en actief foerageren (AF), waarbij de predator actief op zoek gaat naar het geschikte voedsel. Vaak stelt men (onder andere McLaughlin 1989) dat elke foerageerstrategie steeds samenhangt met een reeks morfologische, gedragsmatige en ecologische kenmerken (zoals acceleratievermogen, uithoudingsvermogen, spiersamenstelling, dagelijkse energie-behoeften, dieet, prooidetectie, anti-predatorgedrag, habitaatkeuze en thermoregulatie). Dit noemt men de 'syndroomhypothese'. Zo'n dichotomie in foerageerwijze en ermee samenhangende kenmerken is met name in de herpetologie lange tijd zeer populair geweest, zonder dat dit evenwel steunt op veel empirisch bewijsmateriaal. Er is zelfs geen consensus over de kwantitatieve typering van een dier als SW en AF. Recent (vb. Perry 1999) werd gesuggereerd dat de dichtomie vals is en er eigenlijk een continuum van voedselzoekstrategieën bestaat. Bovendien werd er in vele studies die de syndroomhypothese bevestigen geen rekening gehouden met de fylogenetische relaties tussen de (meestal slechts twee) bestudeerde soorten, waardoor over de waarde van eventueel gevonden verschillen eigenlijk geen conclusies mogelijk zijn. In dit onderzoek zal nagegaan hoe binnen de familie der Lacertidae de wijze van foerageren samenhangt met kenmerken op meerdere gebieden (uithoudingsvermogen, versnellingscapaciteit, ratio rode spiervezels/witte spiervezels in het locomotie-apparaat, dieet, habitaatkeuze, chemoreceptorische capaciteit), onder andere met de bedoeling om na te gaan of de syndroomhypothese hier wel opgaat. De fylogenie van de groep is vrij goed bekend, zodat de interspecifieke vergelijkingen kunnen gebeuren in een expliciet fylogenetische context. Uiteindelijk zouden de verkregen gegevens een inzicht moeten kunnen verschaffen in de co-evolutie van de bestudeerde kenmerken.

        Onderzoeker(s)

        Onderzoeksgroep(en)

          De evolutie van bipedalie bij de Hominoidea : vergelijking van kinesiologie en voetmorfologie van Hylobates, Pan en Homo. 01/10/2001 - 30/09/2002

          Abstract

          De vraag kan worden gesteld waarom bipedalie enkel bij Homo obligaat geworden is. Inderdaad, alle recente genera van de Hominoidea vertonen in min of meerdere mate bipedalie in hun locomotierepertoire. Hierbij valt het bovendien op dat de nauwste verwanten van de mens (genus Pan), ondanks hun grote morfologische en morfometrische gelijkenis (McHenry & Corruccini, 1991; Zihlman, 1984) slechts in beperkte mate gebruik maken van een tweebenige voortbeweging (< 2%; Duchêne, 1997). De gibbons (genus Hylobates), de verste verwanten van de mens, zijn daarentegen het meest bipedaal van alle niet-humane primaten (Schmid & Piaget, 1994) en dit ondanks hun specifieke aanpassingen aan een andere locomotievorm, namelijk brachiatie. De groep waartoe de recente Hylobates-soorten behoren heeft zich ongeveer 20 miljoen jaar geleden afgesplitst van de lijn die heeft geleid naar de Hominidae. Het is dus niet onwaarschijnlijk dat de bipedale locomotie van Hylobates onafhankelijk ontstond van deze die we terugvinden bij recentere genera zoals Pan en Homo. Om deze hypothese te ondersteunen (of te verwerpen) moet eerst de volgende concrete vraag worden beantwoord : wat zijn de functioneel-morfologische en kinesiologische verschillen en gelijkenissen in de bipedalie bij Hylobatidae en Hominidae ? Dit voorstel is een uitbreiding van het lopende FWO-project (G.0209.99) waarin de locomotie van de bonobo (Pan paniscus) in een evolutieve context wordt geanalyseerd (samenwerking UIA, UG en KMDA). Dit impliceert dat deze doctoraatsstudie zich in eerste instantie zal toespitsen op de kinesiologie en morfologie van het locomotieapparaat van Hylobates. Alhoewel er reeds meerdere studies bestaan over de brachiatie bij dit genus (Chang et al., 2000; Betram et al., 1999), werd de kinesiologie van de terrestrische bipedale locomotie nog niet in detail onderzocht. Een grondige analyse van de voetstructuur is een essentiële aanvulling nodig voor de interpretatie van deze biomechanische studie. In tweede instantie zal er worden teruggegrepen naar de resultaten van het hierboven vermelde biomechanische onderzoek (Aerts et al., 2000) van de bonobo (en de mens) om de vooropgestelde vergelijking van de bipedale voortbeweging uit te voeren. Aangezien de detailstudie van de voet van Pan paniscus geen onderwerp uitmaakt van het genoemde inter-universitaire FWO-project, wordt de morfologische analyse van de voet van de bonobo ook in dit doctoraatsvoorstel opgenomen.

          Onderzoeker(s)

          Onderzoeksgroep(en)

            Morfologie, mechanica en controle van het bewegingsapparaat bij vertebraten. 01/10/2000 - 30/09/2008

            Abstract

            In dit project wordt de relatie tussen morfologische vorm en de functie bestudeerd. In het geval van het musculo-skeletale systeem is deze functie hoofdzakelijk gekoppeld aan mechanische interacties met de omgeving (in brede zin). Speciale aandacht wordt besteed aan de bouw, functie en evolutie van het voedselopname-apparaat bij vertebraten.

            Onderzoeker(s)

            Onderzoeksgroep(en)

            Ecomorfologie van het trofisch apparaat bij katvissen (Siluriformes). 01/01/2000 - 31/12/2003

            Abstract

            Dit project beoogt de studie van de zeer opvallende, hypertrofe ontwikkeling van de onderkaakmusculatuur bij bepaalde palingvormige katvissen, behorend tot de familie Clariidae. Volgende aspecten zullen onderzocht worden : a) grondige detailmorfologie-analyse op microscopisch-anatomisch vlak b) vergelijkende morfometrische analyse van de externe maten c) een functioneel-morfologische studie d) analyse van het prestatievermogen e) keuze-experimenten waarbj de preferentie van de vissen voor verschillende types van prooien wordt bepaald f) ecologische studie van het dieet en parameters van habitaatkeuze g) systematisch-taxonomische karakterisatie van de te bestuderen soorten.

            Onderzoeker(s)

            Onderzoeksgroep(en)

            Individuele variatie in morfologie, morfometrie en prestatie in locomotie bij Rana esculanta. 01/01/2000 - 31/12/2001

            Abstract

            De evolutie van de amphibia is gekenmerkt door vele grote radiaties. Opvallend hierbij is dat al deze radiaties hun oorsprong kennen in een terrestrische voorouder. Sommige lijnen bleven terrestrisch, terwijl anderen terugkeerden naar een aquatische levenswijze. Bij kikkers heeft deze voorouderlijke levenswijze een stempel gedrukt op de evolutie van zijn voortbewegingswijze: in elke kikker-groep vinden we morfologische adaptaties aan een springende voortbeweging terug. Ondanks de duidelijk conflicterende eisen die zwemmen en springen aan het voortbewegingsapparaat stellen, werd de energetische consequenties ervan nooit verder bestudeerd. Zwemmen kan bijvoorbeeld beschouwd worden als een inefficiënte aktiviteit omdat het een onderbroken, niet-continue beweging is. Traagzwemmende kikkers gebruiken een andere zwemtechniek, wat hen in staat stelt wél aan een constante snelheid te zwemmen. Samenvattend kan men de doelstelling van deze studie beschrijven als het quantificeren van de energetische kosten verbonden aan zwemmen en springen en hun mechanische verschillen bij een modelsoort (Rana esculenta). Deze gegevens zullen inzicht verschaffen in de oorsprong van een mogelijke trade-off tussen zwemmen en springen bij Anura.

            Onderzoeker(s)

            Onderzoeksgroep(en)

              Ontwikkeling van een meetsysteem voor lokale drukken in combinatie met resultante krachten voor de biomechanische evaluatie van locomotie. 01/06/1999 - 31/05/2000

              Abstract

              Het project beoogt de ontwikkeling van een geïntegreerd toestel voor het meten van voetdrukprofielen en grondreactiekrachten tijdens de locomotie. Deze laatste kunnen bekomen worden (a) voor de verticale component, uit de geïntegreerde drukken onder de voet en (b) voor de laterale en longitudionale componenten, via aparte krachtsensoren. De voetdrukprofielen worden bekomen via drukmatten, op basis van resitief elastomeer, die aan zeer hoge spatiale (> 3 sensoren cm-1) en temporele resolutie (tot 500 Hz) werken. Een hard- en softwarematige integratie van deze gegevens laat toe om op een eenvoudige en snelle manier de biomechanica van de locomotie te analyseren, zowel voor klinische als wetenschappelijke toepassingen.

              Onderzoeker(s)

              Onderzoeksgroep(en)

                Studie van de locomotie van de bonobo (Pan paniscus) : een model voor de evolutieve oorsprong van habituele bipedalie bij de mens. 01/01/1999 - 31/12/2004

                Abstract

                Een belangrijk aspect van hominisatie was de ontwikkeling van habituÙle bipedalie. De ultimate verklaring hiervoor maakt nog steeds het onderwerp uit van discussie. De studie van de locomotie van nauwverwante model-organismen (mensapen) is in deze context een belangrijke onderzoeksmethode. Dit project beoogt de biomecha-nische analyse van de voortbeweging van de bonobo (morfometrisch sterkst gelijkend op de vroege hominiden) en de integratie van deze gegevens met beschikbare data voor de mens.

                Onderzoeker(s)

                Onderzoeksgroep(en)

                Een geïntegreerde studie van het adaptatieproces : locomotie als modelfunctie. 01/01/1999 - 31/12/2002

                Abstract

                Onderzoeker(s)

                Onderzoeksgroep(en)

                  Neuromechanica van de voortbeweging bij kikkers : historisch of ecologisch bepaald ? 01/01/1999 - 30/09/1999

                  Abstract

                  De evolutie van de amphibia is gekenmerkt door vele grote radiaties. Opvallend hierbij is dat al deze radiaties hun oorsprong kennen in een terrestrische voorouder. Sommige lijnen bleven terrestrisch, terwijl anderen terugkeerden naar een aquatische levenswijze. Bij kikkers heeft deze voorouderlijke levenswijze een stempel gedrukt op de evolutie van zijn voortbewegingswijze: in elke kikker-groep vinden we morfologische adaptaties aan een springende voortbeweging terug. Ondanks de duidelijk conflicterende eisen die zwemmen en springen aan het voortbewegingsapparaat stellen, werd de energetische consequenties ervan nooit verder bestudeerd. Zwemmen kan bijvoorbeeld beschouwd worden als een inefficiënte aktiviteit omdat het een onderbroken, niet-continue beweging is. Traagzwemmende kikkers gebruiken een andere zwemtechniek, wat hen in staat stelt wél aan een constante snelheid te zwemmen. Samenvattend kan men de doelstelling van deze studie beschrijven als het quantificeren van de energetische kosten verbonden aan zwemmen en springen en hun mechanische verschillen bij een modelsoort (Rana esculenta). Deze gegevens zullen inzicht verschaffen in de oorsprong van een mogelijke trade-off tussen zwemmen en springen bij Anura.

                  Onderzoeker(s)

                  Onderzoeksgroep(en)

                    Biomechanische basis voor veranderende terrestrische locomotie patronen bij vogels. 01/10/1998 - 30/09/2000

                    Abstract

                    Terrestrische locomotie bij vogels is tot op heden weinig onderzocht. In dit project wordt in de eerste plaats de terrestrische locomotie van de ekster bekeken. Aan de hand van morfologisch-morfometrisch onderzoek, gecombineerd met een kinesiologische studie (kinematica, electromyografie, registratie grondreactiekrachten) en de bepaling van de mechanische eigenschappen van spier pees, been, wordt een mathematisch locomotiemodel voor eksters opgesteld. Met behulp van het model worden vooropgestelde hypothesen (energetische redenen of mechanische redenen voor de transities tussen verschillende gangtypes) geëvalueerd. In een laatste fase wordt de algemeenheid van het model getest op een deductieve manier met fylogenetische en ecologisch verwante vogelsoorten.

                    Onderzoeker(s)

                    Onderzoeksgroep(en)

                      Morfologie, mechanica en controle van het bewegingsapparaat bij vertebraten. 01/10/1997 - 30/09/2000

                      Abstract

                      In dit project wordt de relatie tussen morfologische vorm en de functie bestudeerd. In het geval van het musculo-skeletale systeem is deze functie hoofdzakelijk gekoppeld aan mechanische interacties met de omgeving (in brede zin). Speciale aandacht wordt besteed aan de bouw, functie en evolutie van het voedselopname-apparaat bij vertebraten.

                      Onderzoeker(s)

                      Onderzoeksgroep(en)

                        Het onzichtbare onthuld : bewegingsanalyse door middel van snelle digitale videoregistratie op locatie. 01/10/1997 - 31/12/1998

                        Abstract

                        Functie- en prestatieanalysen van ecologische functies van dieren (vb. locomotie, voedselopname) vormen een belangrijk aspect van biomechanica, functionele morfologie en eco-morfologisch onderzoek. Digitale beeldregistratie kan als input voor mechanische modelanalyse gebruikt worden.

                        Onderzoeker(s)

                        Onderzoeksgroep(en)

                          Biomechanische basis voor veranderende terrestrische locomotiepatronen bij vogels. 01/10/1996 - 30/09/1998

                          Abstract

                          Terrestrische locomotie bij vogels is tot op heden weinig onderzocht. In dit project wordt in de eerste plaats de terrestrische locomotie van de ekster bekeken. Aan de hand van morfologisch-morfometrisch onderzoek, gecombineerd met een kinesiologische studie (kinematica, electromyografie, registratie grondreactiekrachten) en de bepaling van de mechanische eigenschappen van spier pees, been, wordt een mathematisch locomotiemodel voor eksters opgesteld. Met behulp van het model worden vooropgestelde hypothesen (energetische redenen of mechanische redenen voor de transities tussen verschillende gangtypes) geëvalueerd. In een laatste fase wordt de algemeenheid van het model getest op een deductieve manier met fylogenetische en ecologisch verwante vogelsoorten.

                          Onderzoeker(s)

                          Onderzoeksgroep(en)

                            Evolutie van vorm en functie : een studie door integratie van functionele morfologie en ecologie. 01/01/1996 - 31/12/1999

                            Abstract

                            Door functioneel morfologisch en functioneel ecologisch onderzoek met elkaar te integreren zal worden nagegaan hoe morfologische verschillen zich vertalen in verschillen in biologische prestatie. Daarvoor zullen de details van prestatie- en morfologische analyses als input voor computermodellen worden gebruikt. Op deze manier zullen de mechanistische basis voor de geobserveerde variatie en eventuele trade-offs tussen biologische functies worden opgespoord. Uiteindelijk zal er worden nagegaan of de vastgestelde correlaties tussen morfologische en prestatiekenmerken genetisch zijn bepaald. Dit studieprogramma zal worden toegepast op de locomotie en voedselopname bij hagedissen (resp. Lacertidae en Agamidae).

                            Onderzoeker(s)

                            Onderzoeksgroep(en)

                              Functie van de musculatuur bij anguilliforme zwemmers. 01/01/1996 - 31/12/1997

                              Abstract

                              Anguilliform zwemmen wordt gekenmerkt door een achterwaarts aflopende kinematische golf die, om de nodige propulsie te kunnen leveren, bepaalde fysische kenmerken moet hebben. Deze worden in grote mate bepaald door de uiteenlopende functies van de axiale spieren (leveren van netto vermogen, regelen van de lichaamsstijfheid), die bovendien verschillen in functie van zowel de tijd als de positie langsheen het lichaam. Een nauwkeurige analyse van de spierfunctie door middel van kinematische, elektromyografische en spierfysiologische technieken zal niet alleen een inzicht geven in het wijdverbreide mechanisme van anguilliform zwemmen, maar tevens in de werking van complexe biomechanische systemen.

                              Onderzoeker(s)

                              Onderzoeksgroep(en)

                                Numerieke registratie en analyse van meervoudige, continu-analoge biomechanische en dier-fysiologische signalen. 01/01/1993 - 31/12/1993

                                Abstract

                                Biomechanische parameters zoals kracht, druk, versnelling, verplaatsing en snelheid kunnen met behulp van transducers en versterkers worden omgezet in een continu analoog signaal. Voor de numerieke analyse ervan wordt gebruik gemaakt van een 8-kanaals, 12 bit digitale scope-kaart (Imtec Messteam PCDAB512) met een groot geheugen (2 Mbyte).

                                Onderzoeker(s)

                                Onderzoeksgroep(en)

                                  Vergelijkende functionele anatomie en biomechanica van musculo-sceletale mechanismen bij vertebraten 01/10/1989 - 30/09/1997

                                  Abstract

                                  In dit project wordt de relatie tussen morfologische vorm en de functie bestudeerd. In het geval van het musculo-skeletale systeem is deze functie hoofdzakelijk gekoppeld aan mechanische interacties met de omgeving (in brede zin). Speciale aandacht wordt besteed aan de bouw, functie en evolutie van het voedselopname-apparaat bij vertebraten.

                                  Onderzoeker(s)

                                  Onderzoeksgroep(en)