傅里葉分析在魚類耳石形態(tài)學(xué)中的應(yīng)用研究.pdf

1、耳石形狀具有高度的物種特異性和顯著的群系特異性，在耳石形態(tài)的魚種識別及魚類系統(tǒng)學(xué)研究方面有重要的研究價值，國際上許多學(xué)者近年來已就此開展大量基礎(chǔ)研究。本文以近年來筆者在國家海洋局908專項、國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973計劃)研究過程中搜集的近萬枚海洋魚類耳石為標(biāo)本，利用專業(yè)生物圖像分析軟件，采用數(shù)學(xué)傅里葉分析等手段，就魚類耳石形態(tài)學(xué)研究涉及到的各個主要方向：魚類耳石形態(tài)特征與量度、我國海洋魚類耳石形態(tài)多樣性、魚類耳石形態(tài)學(xué)在魚種及群

2、系識別中的應(yīng)用等進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究。主要研究結(jié)果如下：
　　 (1)根據(jù)矢耳石在內(nèi)耳中的位置形態(tài)，為便于描述，將耳石靠在魚體頭部的方向稱為前部，靠魚體尾部的方向稱為后部，靠魚體背部的方向稱為背部，靠魚體腹部的方向稱為腹部，朝向魚體外側(cè)的面稱為外側(cè)面，朝向魚體內(nèi)側(cè)的面稱為內(nèi)側(cè)面。
　　 對中國近海16目83科255種習(xí)見魚類耳石形態(tài)進(jìn)行了測量與記述。以鱸形目種數(shù)最多，此外包括鯡形目、仙女魚目、鰻鱺目、鲇形目、頜針魚目、鼬鳚

3、目、鱈形目、金眼鯛目、鯔形目、觸形目、鰈形目、鮟鱇目和海鰱目等部分魚類。通過對各種魚類的耳石形態(tài)量度特征：耳石長、耳石寬、周長、面積、矩形趨近率、充實(shí)度、密度指標(biāo)等進(jìn)行了測量分析，對耳石的外部輪廓以傅里葉諧值加以描述，初步建立數(shù)據(jù)庫，然后進(jìn)行統(tǒng)計分析，對以魚類耳石形態(tài)來識別魚種進(jìn)行了初步研究。
　　 對255個魚種的聚類分析和判別分析結(jié)果均表明，不同科之間耳石形態(tài)重疊嚴(yán)重，判別成功率僅有44.71％，不適合作為分類識別的單位，而

4、對屬和種的判別成功率分別為81.96％和86.44％，有一定的應(yīng)用研究前景，據(jù)此推測，經(jīng)過大量細(xì)致的研究，耳石形態(tài)對魚種的識別有可能成為分類學(xué)的有效的輔助手段。
　　 (2)利用2007、2008年采自黃海五個海區(qū)斑尾復(fù)蝦虎魚群體標(biāo)本，探討了耳石形態(tài)的群體間差異，及環(huán)境對耳石形態(tài)的影響。使用耳石長、耳石寬、周長、面積、充實(shí)度、矩形趨近率及20個傅里葉分析得到的諧值描述耳石形態(tài)，為了去除體長對耳石形態(tài)的影響，文中采用標(biāo)準(zhǔn)化后的變量

5、進(jìn)行分析。結(jié)果顯示，雌雄、左右及年際間耳石形態(tài)無顯著差異，但是一年中春季和秋季的耳石形態(tài)間存在顯著差異；耳石形態(tài)的地域間差異大于年間差異。群體間判別分析結(jié)果表明黃海五個區(qū)域間斑尾復(fù)蝦虎魚的耳石形態(tài)無顯著差異，判別成功率在29.7％-77.4％之間，黃海北部的威海群體的判別成功率最高，且該群體與黃海中南部4個群體間差異較大，海區(qū)之間環(huán)境差異可能是形成這個結(jié)果的內(nèi)在原因。
　　 (3)利用2009年7月采自南海北部灣的161尾斑鱚(

6、Sillago maculata)和164尾多鱗鱔(Sillago sihama)標(biāo)本，以形態(tài)學(xué)常規(guī)測量和傅里葉分析來描述耳石的外部形態(tài)特征，并采用判別分析法區(qū)分兩個魚種。統(tǒng)計分析時以傳統(tǒng)的耳石形態(tài)一維、二維量度指標(biāo)(耳石長、耳石寬、周長、面積、矩形趨近率及充實(shí)度)和傅里葉諧值相結(jié)合，經(jīng)協(xié)方差分析表明部分變量(耳石長、耳石寬、周長、面積、密度、諧值3、4、5、13、15、16)跟體長顯著相關(guān)。為了消除體長對耳石形態(tài)的影響，在統(tǒng)計時只選取

7、了體長范圍在90-140mm之間的標(biāo)本，并對跟體長顯著相關(guān)的變量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以殘差來代替原始變量，納入統(tǒng)計分析中。結(jié)果表明：兩種魚判別分析的準(zhǔn)確率分別為97.8％和100％，如此高的判別準(zhǔn)確率，說明耳石形態(tài)學(xué)分析手段是識別這兩種魚種的一種有效方法。
　　 (4)分析了中國近海的8種天竺鯛屬魚類的矢耳石形態(tài)特征。結(jié)果顯示，8種魚類矢耳石形態(tài)近似，前部較尖，后部略圓鈍，背部呈折線狀，腹部圓弧形，背部中央有缺刻，聽溝寬闊。8種魚耳石長寬

8、比1.35～1.63，矩形趨近率0.67～0.77，充實(shí)度14.77～24.99。根據(jù)耳石聽溝形態(tài)及外部輪廓特征，編制了上述8種天竺鯛屬魚類的檢索表。結(jié)果表明，聽溝是魚類耳石形態(tài)分類的重要特征之一，耳石形態(tài)在魚類系統(tǒng)分類上有良好的應(yīng)用研究前景。
　　 (5)分析了中國近海的12種石斑魚屬魚類的矢耳石形態(tài)特征。結(jié)果顯示，12種魚類矢耳石形態(tài)近似，耳石細(xì)長，呈三角形或梭形，由聽溝開口處形成的前部凹刻“V”形或淺寬，形成顯著或不顯著的