DICAROS：系统发育树上的微分同胚祖先形状重建

在系统发育树上重建祖先形态是进化形态测量学中的核心任务。已有的重建方法，包括多变量布朗运动方法，依赖线性假设，且并不直接对形状内部标志点之间的相关性进行建模，这可能会导致对重建形态的过度简化。DICAROS 方法（用于形状祖先重建的微分同胚独立对比；Diffeomorphic Independent Contrasts for Ancestral Reconstruction of Shapes；Severinsen 等，2026）则采用沿分支通过大变形微分同胚映射（LDDMM）标志点动力学融合姐妹形状的方式来对这些相关性进行建模，从而使祖先形态保持在形状流形上。研究表明，DICAROS 的表现优于普通最小二乘、布朗运动以及惩罚似然重建方法，尤其是在非对称树上。 dicaros 软件包将该流程重新封装为一个带有文档说明、可通过 pip 安装的工具，只需一条命令即可在任意标志点数据集上运行。它支持二维和三维标志点、Newick 和 NEXUS 树格式、欧几里得或 Frechet 物种均值的选择、可选的基于锚点的对齐，以及仅由单一样本支持的末端类群，并返回所有节点的重建形状以及在内部节点处重新标注后的系统发育树。我们在两个新的数据集上展示了 dicaros：一个二维叶片数据集（217 个物种）和一个三维长尾猴头骨数据集（22 个物种）。

在系统发育树上重建祖先形态是进化形态测量学中的核心任务。既有的重建方法，包括多变量布朗运动方法，依赖线性假设，且不直接对形态内部各标志点之间的相关性进行建模，这可能会过度简化重建出的形态。DICAROS 方法（用于形态祖先重建的微分同胚独立对比，Diffeomorphic Independent Contrasts for Ancestral Reconstruction of Shapes；Severinsen 等，2026）则采用沿分支以大变形微分同胚（LDDMM）标志点动力学融合姐妹形态的方式来建模这些相关性，从而使祖先形态保持在形态流形上。研究表明，DICAROS 的表现优于普通最小二乘、布朗运动和惩罚似然重建方法，尤其是在非对称树上。

dicaros 软件包将该流程重新封装为一个具有文档说明、可通过 pip 安装的工具，能够通过单条命令在任意标志点数据集上运行。它支持二维和三维标志点、Newick 和 NEXUS 树格式、欧几里得或 Fréchet 物种均值的选择、可选的基于锚点的对齐，以及仅由单一样本支持的末端类群，并返回所有节点的重建形态以及对内部节点重新标记后的系统发育树。我们在两个新数据集上展示了 dicaros 的应用：一个二维叶片数据集（217 个物种）和一个三维长尾猴头骨数据集（22 个物种）。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.21.746152v1?rss=1

🏷️ 祖先形态重建 系统发育树 几何形态测量 LDDMM 标志点分析 软件工具