Preparing Zoomorphology for eScience: 1) Data Standards for Zoomorphology; 2) Basic Formal Ontology & Granularity; 3) Domain Reference Ontology for Metazoan Anatomy; 4) Module for Ontology-based Morphological Descriptions for Morph
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Aufkommen von eScience bringt neue Voraussetzungen und Anforderungen an die tägliche wissenschaftliche Arbeit und erfordert neue Daten- und Metadatenstandards. Wir haben vier grundlegende Komponenten unterschieden: Content, Concept, Nomenclatural und Format Standards. Begriffe, die in Ontologien definiert sind, liefern eScience-konforme Concept und Nomenclatural Standards und die Verwendung des Resource Description Frameworks (RDF), bzw. der Web Ontology Language (OWL), den erforderlichen Format Standard. Damit haben wir gezeigt, dass Ontologien und semantische Techniken eine zentrale Rolle in der Entwicklung von eScience-konformen Daten- und Metadatenstandards spielen. Die Zoomorphologie sollte entsprechende Anatomie Ontologien und Methoden zur Ontologie-basierten morphologischen Beschreibung verstärkt entwickeln und in der täglichen Arbeit anwenden. Wir haben gezeigt, dass die bisher von der Basic Formal Ontology propagierte Unterscheidung grundlegender Kategorien materieller Entitäten basierend auf der Unterscheidung von bona fide und fiat boundaries sich angesichts etlicher Gegenbeispiele aus der Biologie nicht weiter halten lässt, da eines der Unterscheidungskriterien (räumlich-physikalische Diskontinuität und/oder qualitative Heterogenität) bei biologischen Objekten immer von der skalaren Auflösung abhängig ist. Das Kriterium setzt zu dem eine statische Perspektive auf biologische Systeme voraus, die ihrer natürlichen Dynamik und den ihnen innewohnenden Kausalbeziehungen nicht gerecht wird. Wir haben daher vorgeschlagen, das zweite Unterscheidungkriterium (“mind-independent existence“ der Abgrenzung) beizubehalten, und das erste Unterscheidungskriterium je nach Granularitätsperspektive zu wählen, sodass neben Grenzkategorien die auf intrinsische Qualitäten basieren auch solche definiert werden können, die auf Dispositionen und geschichtlichen Relationen basieren. Dies erweitert das Spektrum der grundlegenden materiellen Entitäten um wichtige basale Kategorien. Bisher liefern Anatomie Ontologien nur Begriffe und ontologische Definitionen für anatomische Entitäten, wobei die Definitionen nur Antwort auf die „Was ist das?“ Frage geben. In der täglichen morphologischen Arbeit, die hauptsächlich diagnostisch ist, ist die Frage „Wie sieht das aus?“ aber häufig die wichtigere. Anatomie Ontologien sollten also auch methodenabhängige diagnostische Merkmale beschreiben. Für die Erfassung räumlicher und zeitlicher Verteilungsmuster und von Formen und Gestalten kommen textuelle Definitionen zudem an ihre Grenzen und sollten durch exemplarische Bildinhalte ersetzt werden, die ein Referenzieren von Begriff zu Verteilungsmuster viel effektiver leisten können. Dies hat zur Folge, dass Ontologien nicht nur, wie bisher, essentialistische Klassen enthalten, sondern auch Cluster Klassen und fuzzy sets. Dies erfordert eine entsprechende Weiterentwicklung der Grundlagen der Ontologieforschung. Semantische Ansätze können dafür genutzt werden, bisher ungelöste Probleme in der Morphologie zu lösen. Ich konnte zeigen, wie sich ontologische Merkmalsabhängigkeiten automatisch identifizieren und kodieren lassen. Dieser Ansatz lässt sich in Matrixeditoren implementieren und führt zu einer signifikanten Arbeitserleichterung bei der Merkmalskodierung und minimiert Kodierungsinkonsistenzen. Das phylogenetische Homologiekonzept nimmt eine zentrale Rolle in der Morphologie ein. Das ist insofern problematisch, als dass ihm ein zirkuläres methodologisches Argument zugrunde liegt (um Homologa erkennen zu können, muss die Phylogenie bekannt sein, die wiederum nur mithilfe von Homologa rekonstruiert werden kann), das auf eine methodologische Lücke zwischen der ontologischen Definition von phylogenetischer Homologie und ihren praktisch anwendbaren Erkennungskriterien zurückzuführen ist, die auf wahrnehmbarer Ähnlichkeit basieren. Somit kommt Ähnlichkeit eine zentrale Rolle bei der Homologieforschung zu und damit auch einem nicht-evolutionären vergleichenden Homologiekonzept. Mithilfe eines semantischen Ansatzes lässt sich für letzteres ein praktisch anwendbares Verfahren entwickeln, das auch kein a priori begründetes stabiles positionales Referenzsystem benötigt. Dieses vergleichende Homologiekonzept schließt die methodologische Lücke zwischen Definition und Erkennungskriterien der phylogenetischen Homologie und macht die Merkmalsanalyse einer kritischen Analyse zugänglich und ermöglicht zudem auch eine quantitative Erfassung von morphologischer Ähnlichkeit. Damit liefert es einen wichtigen Beitrag für das theoretische und methodologische Fundament sowohl der Morphologie als auch der vergleichenden Biologie.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2012) Fiat or Bona Fide Boundary - A Matter of Granular Perspective. PLoS One 7: e48603
Vogt L, Grobe P, Quast B, Bartolomaeus T
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(2013) eScience and the need for data standards in the life sciences: in pursuit of objectivity rather than truth. Syst Biodivers 11: 257–270
Vogt L
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(2013) The Need for Data Standards in Zoomorphology. J Morphol 274: 793– 808
Vogt L, Nickel M, Jenner RA, Deans AR
