Morphological variation in the seahorse vertebral system / Variaciones morfológicas en el sistema vertebral del caballo de mar

ABSTRACT

The vertebral system in Hippocampus hippocampus is highly specialised because of the vertical locomotion and tail prehensility. The vertebral elements represent a special case of morphological changes, being the metameric structures organised along a natural functional series. We investigated the shape changes along the vertebral spine in H. hippocampus through geometric morphometrics, in order to describe functional and structural patterns. Actually, the dorso-ventral tail bending ability in the genus Hippocampus is one of the most impressive morphological modifications in the evolutionary history of fishes. Vertebrae were analysed using a 2D configuration from the left lateral view. The variation along the vertebral series suggests the identification of cervical, abdominal, dorsal, and caudal groups. The first three (cervical) elements and the lOth (supra-dorsal) structure show peculiar morphologies and local adaptations, associated with neck angulation and dorsal fin muscles, respectively. The vertebral size decreases from the anteriormost element backward, with some local variation at the dorsal area. Major changes are related to allometric variation at the neural región. The caudal elements are characterised by a marked size decrease, with consequent allometric shape changes involving the rotation of the posterior vertebral opening. This allometric trajectory leads to a natural ventral bending of the tail, promoting its prehensile function. This morphological survey suggests an interesting structural network between posture, locomotion, and vertebral anatomy, underlying the main functional changes in the Hippocampus biomechanics. Geometric morphometrics is rather suitable to approach metameric studies in terms of serial variation and functional adaptations.

RESUMEN

El sistema vertebral en Hippocampus hippocampus es altamente especializado, debido a la locomoción vertical y la cola prehensible. Los elementos vertebrales representan un caso especial de cambios morfológicos, siendo estructuras metaméricas organizadas a lo largo de una serie funcional natural. Se investigaron los cambios en la forma, a lo largo de la columna vertebral en H. hippocampus a través de morfometría geométrica, con el fin de describir sus patrones funcionales y estructurales. Actualmente, la capacidad de flexión dorso-ventral de la cola en el género Hippocampus es una de las más impresionantes modificaciones morfológicas en la historia evolutiva de los peces. Las vértebras se analizaron mediante una configuración 2D de la vista lateral izquierda. La variación a lo largo de la serie vertebral sugiere la identificación de grupos cervicales, abdominales, dorsales, caudales. Los tres primeros elementos (cervicales) y la 10ª (supra-dorsal) muestran una estructura morfológica peculiar y adaptaciones locales, asociadas con la angulación del cuello y los músculos de la aleta dorsal, respectivamente. El tamaño vertebral disminuye desde elemento más anterior hacia atrás, con algunas variaciones locales en la zona dorsal. Los principales cambios están relacionados con la variación alométrica en la región neural. Los elementos caudales se caracterizan por una marcada disminución de tamaño, con los consiguientes cambios en la formas aloméricas de rotación de la abertura vertebral posterior. Esta trayectoria alométrica conduce a una flexión ventral natural de la cola, promoviendo su función prensil. Este estudio morfológico sugiere una interesante red estructural entre postura, locomoción y la anatomía vertebral junto a los principales cambios funcionales en la biomecánica de Hippocampus. La morfometría geométrica es bastante adecuada para los estudios con enfoques metaméricos, en términos de variación de serie y adaptaciones funcionales.