Size and shape analysis of human molars: Comparing traditional and geometric morphometric techniques

Dental size and shape have been widely used to study biological relationships among human populations. Although several techniques have been proposed to quantify dental form, few attempts have been made to compare results obtained by application of different techniques. This work aims at comparing the information about size and shape of molar contours obtained from linear measurements, landmarks and semi-landmarks as well as evaluating the variation patterns among populations obtained by each method. The crowns of 35 permanent upper second molars belonging to archaeological samples from three regions of Argentina were analyzed. Buccolingual and mesiodistal crown diameters were measured and centroid size and crown index were used as size and shape descriptors, respectively. Likewise, four landmarks and 79 semi-landmarks were collected from the molar outline and relative warps (RW) analysis was performed on partial warps and uniform vectors; centroid size was estimated to summarize tooth size. The results indicate that size was consistently estimated by the three variable types. On the contrary, noticeable differences were found when the results of molar shape described by linear measurements were compared with those obtained using either landmarks or semi-landmarks. This study shows that considerable information about molar contour is added by using landmarks instead of crown diameters and that some morphological features, such as degree of cusp development, can only be captured by means of semi-landmark analysis. Finally, the interpretation of similarities among samples differs according to the selected description system.

ResumenEl tamaño y forma dental han sido variables tradicionalmente empleadas en el estudio de relaciones biológicas entre poblaciones humanas. Varias técnicas de medición han sido propuestas con el fin de cuantificar la forma dental, sin embargo, son escasos los trabajos tendientes a evaluar los resultados obtenidos mediante el empleo de diferentes técnicas. El objetivo de este trabajo es comparar la información acerca del tamaño y la forma del contorno de los molares obtenida a través de medidas lineares, landmarks y semi-landmarks, así como evaluar el patrón de variación entre poblaciones obtenido mediante cada técnica. Se analizaron 35 segundos molares superiores permanentes provenientes de muestras arqueológicas de tres regiones de Argentina. Se midieron los diámetros bucolingual y mesiodistal, a partir de los cuales se obtuvieron el tamaño centroide y el índice de la corona que fueron empleados como descriptores de tamaño y forma, respectivamente. Asimismo, se digitalizaron cuatro landmarks, y setenta y nueve semi-landmarks sobre el contorno de los molares. Para analizar la variación en tamaño y forma a partir de ambos tipos de coordenadas se estimó el tamaño centroide y se realizaron análisis de relative warp sobre el componente no uniforme (partial warps) y los vectores uniformes de variación. Los resultados indican que el tamaño dental fue estimado consistentemente por las medidas lineares, los landmarks y los semi-landmarks. Sin embargo, se encontraron diferencias notables al comparar los resultados de la forma del contorno molar descriptos por estas variables. Este trabajo muestra que el empleo de landmarks adiciona información sobre la forma en relación a los diámetros de la corona y que algunos rasgos morfológicos tales como el grado de desarrollo de las cúspides solo pueden ser capturados por los análisis de semi-landmarks. Finalmente, el patrón de relaciones biológicas entre las muestras se modificó de acuerdo con las variables empleadas.