Von der Zeichnung zur Morphologie: Sandy Kawano


Diese ScienceLives Artikel wurde Live Science in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.

Eine Jugendliebe von Zeichnung und eine angeborene Neugier brachte Sandy Kawano auf dem Gebiet der integrative Morphologie, ein Zweig der Biologie Umgang mit der Studie der Form und Struktur der Organismen und ihre Besonderheiten. Sie studiert Vielfalt im tierischen Körperformen. Kawano untersucht als postdoctoral Fellow am National Institute for Mathematical and biologische Synthese (NIMBioS) die verschiedenen Methoden zu analysieren, wie die natürliche Selektion Morphologie beeinflusst. Sie zielt NIMBioS ein Open-Source, benutzerfreundliche Computerprogramm zu entwickeln, die einen systematischen Ansatz zur Messung wie Auswahl auf Morphologie zur Entwicklung beitragen kann und erzeugen Biodiversität bieten würde.

Name: Sandy Kawano
Alter: 29
Institution: Nationales Institut für mathematische und biologische Synthese
Heimatstadt: San Jose, Kalifornien
Fachrichtung: Integrative Morphologie

National Science Foundation: Was ist dein Feld und warum es inspirieren Sie?

Sany Kawano: Ich bin eine integrative Sprachmorphologie, so ich beschäftigen eine Vielzahl von Techniken zu verstehen, wie und warum so viele verschiedene Körperformen bei Tieren im Laufe der Zeit entstanden sind. Kunst Rolle eine wichtige in meiner Liebe für Morphologie. Als ich jung war, ich würde ziemlich regelmäßig zeichnen und war fasziniert, wie unterschiedlich Tiere waren. Wie ich mein Haustier Fische ziehen würde, ich fragte mich, warum ich meine Goldfische mit einem kurzen Körper und fächerförmigen Schweif ziehen musste, aber meine Algen Sauger Fische war lang und schlank. Warum sollten sie so anders aussehen, wenn sie beide im Wasser Leben? Warum bleiben nicht eine grundlegende Körperform Organismen?

Allerdings habe nicht ich beschließe, Morphologie zu studieren, bis ich als Student im Labor von Professor Peter Wainwright an der University of California arbeitete, Davis. Er und sein Labor hat mich gelehrt, über den Bereich der funktionelle Morphologie, die genau die Art von Fragen beantwortet, die mir mein ganzes Leben lang geplagt haben. Integrative Morphologie inspiriert mich, denn es einen umfassenden Ansatz zu beantworten bietet, warum die Welt so vielfältig ist, was diese Vielfalt schafft, und wie die Inspiration, die wir aus der Natur zu erhalten angewendet werden kann, um unser eigenes Leben zu profitieren.

NSF: Bitte beschreiben Sie Ihre aktuelle Forschung.

S.K.: Für meine Postdoc an NIMBioS evaluiere ich die Analysen zur Quantifizierung, wie natürliche Selektion funktioniert, die Morphologie der Organismen zu gestalten. Russell Lande und Stevan Arnold schrieb ein Samen-Papier im Jahr 1983, die eine quantitative Methode einzuschätzen, wie stark Auswahl in Betrieb war, eine morphologische Eigenschaft zu ändern, sofern und in welcher Weise, die gedient hat, eine wichtige Rolle für das Verständnis, wie natürliche Selektion zu Evolution und die Generation der biologischen Vielfalt beitragen kann. Lande und Arnolds Arbeit in diesem Bereich inspirierte Tausende von Studien, darunter neue Ansätze zur Quantifizierung der Auswahl, aber immer noch zahlreiche Herausforderungen zu verstehen, wie die Auswahl funktioniert, vor allem auf größere Datenmengen. Einige dieser Herausforderungen sind auf analytische Einschränkungen oder Uneinigkeit darüber, wie man am besten mit diesen Herausforderungen umgehen. Für meine aktuelle Arbeit entwickle ich eine Synthese aus den aktuellen Status der Schätzung Auswahl auf Morphologie, mit einem Schwerpunkt auf die Stärken und Schwächen der verschiedenen Methoden verwendet, um die Auswahl zu quantifizieren. Letztlich ist mein Plan, ein Open-Source, benutzerfreundliche Computerprogramm zu entwickeln, die bietet einen systematischen Ansatz zur Messung, wie Auswahl auf Morphologie als ein wichtiger Motor der Evolution dienen kann.

NSF: Was Sie am besten über Ihre Arbeit tun?

S.K.: Wie dynamisch ist mein Job! Wenn die Leute hören, dass ich eine Sprachmorphologie bin, sie denken oft: "damit Sie Knochen und tote Sachen bearbeiten?" Obwohl ein Großteil meiner Arbeit involviert hat direkte Messungen der anatomischen Strukturen (z.B. Knochen, Muskeln), sind solche Daten nur ein einziges Stück, das Rätsel zu lösen. Ich auch umsetzen, Statistik, mathematische Modellierung, High-Speed-Videografie, Computerprogrammierung, Engineering und vor kurzem begann mit der Entwicklung von 3D-Modellen fossile Knochen. Meine Forschung hat mich nach British Columbia, die Insel von Hawai ' i, Spanien, Uruguay und in den kontinentalen Vereinigten Staaten geführt. Ein Tag in meinem Leben hat aufgenommen, Schnorcheln, Fische, fahren Boote zum Fischen in der Nähe von Inseln Küste, Natural History Museum in den Vereinigten Staaten, Herstellung von 3-d-Modelle von Fossilien mit einem Laserscanner und replizieren sie mit einem 3-d-Drucker, Computer Codegenerierung laufen mehrere tausend Zeilen, dann Besuch auf zu fangen die Früchte meiner wissenschaftlichen Arbeit mit anderen durch Vorlesungen und Vorträgen zu teilen , und selbst dient als wissenschaftlicher Berater für die Unterhaltungsindustrie. Ich traf auch Professor Neil Shubin, wer schrieb das Buch Your Inner Fisch, die meiner Doktorarbeit inspiriert. Ich lebe mit meiner Karriere meine kühnsten Träume.

NSF: Was würde dein Tweet über Ihre Arbeit sagen? Wie würdet Ihr Aufzug Rede?

S.K.: Morphologie ist fun(ctional)! Eigentlich ist das schon auf meinem Twitter-Profil. Morphologie ist funktionell, weil nicht nur er uns was erzählen kann eine Struktur in der Lage ist und angewendet werden, um verschiedene Aspekte unseres Lebens zu profitieren, aber es kann auch sein, eine tolle Karriere!

Morphologie ist kein "totes" Thema, wie viele fälschlicherweise angenommen haben. Es ist so lebendig und vielfältig wie die beeindruckenden Kreaturen, deren "schönen Formen" unsere Neugier geweckt haben, unser Leben inspiriert und ließ uns atemlos so weit wir können erinnern. Morphologie dienen als erklärende-Tool hilft uns die Biologie ausgestorbener Tiere abzuleiten, deren Hinweise in ihrer Fossilien verborgen liegen. Dennoch hat es auch viele andere wichtigen Anwendungen. Die Verbindung zwischen Morphologie und Funktion wurde so in der Natur weit verbreitet und einflussreich in unserem Leben, die es zu Bio-inspirierte Erfindungen geführt hat, wie Injektionsnadeln ähnlich die unscheinbare Einfüllöffnung der Mücke, der Mercedes-Benz Kofferfisch inspirierten Auto bietet eine geräumige noch optimierte Fahrzeug und Flugzeug Flügel, die viel von ihrer energetischen Design von aerodynamischen Flügel. Meine Forschung konzentriert sich auf entwirren wie verschiedenen Morphologien entstehen und warum, um die Faktoren zu verstehen, die die Vielfalt von Kreaturen, lebenden und ausgestorbenen zu fahren. Ich habe studiert, wie die morphologische Transformationen aus gerippten Fische siebengliedrigen Tetrapoden (Vierbeiner) beeinflusst die evolutionäre Invasion des Landes in Wirbeltieren, wie Fischen verwenden Sie verschiedene Körper Wasserfälle erklimmen will, und ich bin jetzt versucht, die Technik zur Messung der wie morphologische Vielfalt zu verbessern erzeugt wird.

NSF: Die professionelle Leistung sind Sie besonders stolz? / was zeichnet sich als Ihre Krönung?

S.K.: Ich bin dankbar, dass mehr als eine haben! Zunächst als einer der Studenten in meinem vertebrate Biologielabor angemeldet, ein Nichtgraduierter Lehrassistent ein Jahr nach der Einnahme von meinem Labor werden, sagte sie, dass der Grund war, dass sie es war weil ich sie inspiriert zu forschen und Lehren andere über warum wir vertebrate Biologie Liebe sollten. Ob sie es oder nicht wusste, war, dass Mein stolzester Moment als Ausbilder. Ja, Auszeichnungen, veröffentlichen Papiere, Präsentationen, etc. zu liefern, sind alle lohnende Erfahrungen, aber die nächste Generation von Wissenschaftlern zu motivieren ist ganz neues Niveau der Zufriedenheit. Zweitens ist die erstaunliche Team am NIMBioS beitreten, als postdoctoral Research Associate, ein großer Triumph in meiner Karriere gewesen. Ich fühle mich geehrt, arbeiten unter einige der außergewöhnlichsten Mathematiker und Naturwissenschaftler, und einen wichtigen Meilenstein bei der Beschaffung der mathematischen und rechnerischen Fähigkeiten zu helfen, meine Karriere zu starten und mein Forschungsprogramm zu Formen getroffen haben.

NSF: Auf der anderen Seite Was ist dein entmutigendste professionelle Moment gewesen und wie Sie wiederherstellen? Was hast du gelernt?

S.K.: Mein entmutigendste professionelle Moment passierte, als ich High School Abschluss war. Ich hatte mein Herz an erhalten einen B.S. in Evolution, Ökologie und Biodiversität (EEB) an der University of California, Davis (UCD), eingestellt, weil es eines der besten EEB-Programme in der Nation hat. Aber ich habe nicht die besten Noten oder Anwendung und so wurde ich abgelehnt. Ich war am Boden zerstört. Statt dies als Fehler behandeln, habe ich dies als einen Weckruf, meine Schwächen zu stellen und beweisen, dass ich als Biologe erfolgreich sein könnte. Ich schrieb in einem Community College um meine Allgemeinbildung zu vervollständigen, studierte effizienter aktiv beteiligte sich in Lerngruppen und Sprechzeiten, sank meine Stunden bei meinem Teilzeit-Job, vertiefte mich in Literatur und beteiligte sich an eine Ehrengesellschaft. Nach zwei Jahren wechselte ich schließlich nach UCD. Wir alle stehen entmutigend Momente in unserem Leben, aber was uns ausmacht ist nicht welche Herausforderungen, denen wir gegenüberstehen, sondern wie wir sie überwinden. Ich habe gelernt, dass auch ein großer "Fehler" ein Triumph mit genügend Fleiß und Ausdauer, werden könnte, so ist jede Ablehnung, ein Wissenschaftler besser und stärker zu werden.

NSF: Was die beste professionelle Beratung ist Sie jemals erhalten?

S.K.: Dr. Roi Holzman, Postdoktorand im Labor von Professor Wainwright war, während ich ein Bachelor-Student war, bot mir zahlreiche Perlen der Weisheit und verlieh mir die beste Ratschläge, die ich bisher erhalten habe: "Think big." Er drängte mich darauf konzentrieren, was große wissenschaftliche Frage ich mit meinen Experimenten beantworten würde, wie meine Ergebnisse zum Fortschritt der Wissenschaft beitragen würde und welche breite Auswirkungen dies für die Gesellschaft hätte. Sein Rat hilft mir das große ganze im Auge zu behalten und bereitet mir, wenn ich sprechen Sie mit anderen darüber, warum meine Forschung wichtig ist. Es ist wegen Roi, daß ich meine Faszination für amphibische Fische zu studieren, wie die Entwicklung von Fischen zu vierbeinigen Wirbeltiere erlaubt unsere fernen Vorfahren, auf Land zu bewegen. "Klotzen, nicht kleckern" auch ermutigt mich, suchen ständig nach Möglichkeiten, um ein Forschungsprojekt zu neuen Höhen, wie z. B. durch Anwendung neue Techniken, nähert sich eine alte Frage aus einer neuartigen Perspektive, Integration mehrerer Disziplinen für eine umfassendere Analyse und Neubewertung Paradigmen in der Wissenschaft führen. ROI ist Beratung motiviert mich, tiefer, höher Zielen und mit professionellen Kräften kommen Sie weiter.

NSF: Was die überraschendste Aspekt Ihrer Arbeit ist?

S.K.: Viele Menschen sind beunruhigt wie numerische und mathematische morphologische Studien sein kann. Obwohl ich einen fairen Anteil an meiner Arbeit im Feld oder interagieren direkt mit Tieren oder Knochen verbracht haben, werden die meisten meiner Arbeit am Computer durchgeführt. Ich besitze mehrere Computer und Festplatten als Geldbörsen. Kein Witz. Mathematik ist das Herz und die Seele der Morphologie. Was haben eine Meeresschnecke, Sonnenblumen und DNA gemein? Ihre Morphologie kann durch Mathematik, speziell der Fibonacci-Folge erklärt werden. Wenn Sie die Länge eines Knochens messen, das ist eine euklidische Entfernung. Interessiert, wie schnell die Knochen bewegt während das Tier ausgeführt wird? Kalkül ist deine Antwort! Einige meiner Freunde sind schockiert, wenn sie sehen, dass meine Analysen sind Skripte mit Tausenden von Zeilen Computercode, oder, dass ich selten einfache statistische Ansätze verwenden, wie ich versuche, um verschiedene Aspekte der Daten zu berücksichtigen, um eine umfassendere Analyse über die entstehenden Muster zu erhalten. Dies sind alles gute Aspekte, und Codierung ist tatsächlich eine Menge Spaß!

NSF: Welche spannenden Entwicklungen liegen in der Zukunft für Ihr Feld?

S.K.: Wahrscheinlich ist einer der spannendsten Fortschritte im Bereich der Morphologie (und Anatomie) die Explosion der verbesserte Rechenleistung ermöglicht es uns, die Beziehung zwischen Morphologie und Funktion auf neue Ebenen zu untersuchen. Biomedizinische Geräte wie leistungsstarke Röntgengeräte, ermöglichen uns, studieren die fossilen Knochen von Tieren, die noch im Fels eingebettet sind oder das komplizierte Netzwerk der Weichteile, die z. B. einen Knochen umgeben. Animatoren und Biomechanists 3-d-Modelle fossiler Knochen und wenden Sie dann Details über die Morphologie von lebenden Tieren, Fossilien, wie Dinosaurier zum Leben zu erwecken. Die zunehmend komplexere Technologie mit mehr wissen über Anatomie und Morphologie werden weiter verbessern, unsere Modelle wie die verschiedenen Teile eines Tieres beitragen, seine Allgemeine Biologie und warum diese morphologischen Eigenschaften beibehalten oder im Laufe der Zeit diversifizierte.

NSF: Wer ist dein Held #1 und warum?

S.K.: Ich habe zwar Helden für die verschiedenen Aspekte meines Lebens, ist einer meiner größten Helden mein Bachelor Berater, Professor Peter Wainwright. Peter führte mich in die funktionelle Morphologie und Biomechanik der Fische füttern, und ich habe seitdem süchtig. Zusätzlich zu viele wichtige Beiträge zum Verständnis über die Beziehung zwischen Morphologie und Funktion, wie viele-zu-eins zuordnen und Speerspitze Bereich Fische füttern Biomechanik, ich kenne niemand, der bereit ist, so weit jenseits der Call of Duty, Studenten bei der Erreichung ihrer Karriereziele zu unterstützen. Er streckte mir, während ich ein Bachelor-Student und nahm mich unter seine Fittiche, so dass ich mein erste unabhängiges Forschungsprojekt führen könnte. Ich werde immer dankbar für ihn sein, für mich eine Chance auf Forschung und hilft mir, mein Potenzial gerecht zu werden. Im Laufe der Jahre hat er mir gegeben, wertvolle Worte und freundlichen Worte der Ermutigung, demonstrierte, wie man die Gemeinschaft innerhalb des Labors zu fördern und aktiv unterstützt meine berufliche Entwicklung. Seine immense Begeisterung, Hingabe und Wertschätzung für die Wissenschaft und Lehre sind inspirierend und was mich für eine Karriere als eine integrative Sprachmorphologie gefördert.

NSF: Was tun Sie, wenn Sie nicht im Labor oder im Feld sind?

S.K.: Wenn ich die freie Chance bekomme, gerne ich im Freien und vor allem genießen Angeln, Wandern und Trailrunning. Ich habe auch vor kurzem Fotografie und Tauchen übernommen. Natur ist eine ständige Quelle der Inspiration für mich, und ich benutze die Muster, die ich in der Natur sehen, um meine Neugier zu verstehen warum Kraftstoff gibt es so viele unterschiedliche Organismen, warum sie leben, wo sie tun, warum sie sich bewegen und Essen sie, wie sie tun. Auch nach Ausgaben alle Tag lesen von wissenschaftlichen Artikeln, genieße ich noch lesen außerhalb der Arbeit. Ich bin ein großer Fan der Bücher von Steve Vogel Biomechaniker und auch viel Spaß beim Lesen über Erhaltung Biologie und Philosophie der Wissenschaft. Eines meiner Lieblingsbücher ist A Sand County Almanac von Aldo Leopold; Ich liebe seine Fähigkeit, mit solchen Eloquenz und Überzeugung zu schreiben, über die Erhaltung der biologischen Vielfalt durch die Förderung der wissenschaftlichen Ethik, und ich beziehe mich zurück zu seinem Buch jederzeit ich ein Muntermacher brauche. Ich liebe auch schlechte Monster Filme, vor allem wenn es "Mecha", "super", "Mega" oder "versus" im Titel. Was kann ich sagen, ich bin glücklich ein Nerd zu sein!

Anmerkung der Redaktion: Die Forscher in den ScienceLives Artikeln dargestellt wurden unterstützt durch die National Science Foundation , die Bundesagentur mit der Finanzierung von Grundlagenforschung und Ausbildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik beauftragt. Meinungen, Erkenntnisse und Schlussfolgerungen oder Empfehlungen ausgedrückt in diesem Material sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten von der National Science Foundation. Siehe die ScienceLives Archiv.

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