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Visualizando Dados Oceanográficos para Retratar Mudanças de Longo Prazo no Fitoplâncton

Published: July 28, 2023 doi: 10.3791/65571
Automatic Translation
1, 2
1Graduate School of Oceanography, University of Rhode Island, 2School of Earth, Environmental and Marine Sciences, The University of Texas - Rio Grande Valley

Summary

Aqui, apresentamos um protocolo para converter imagens microscópicas do fitoplâncton em gráficos vetoriais e padrões repetitivos para permitir a visualização de mudanças nos táxons fitoplanctônicos e biomassa ao longo de 60 anos. Este protocolo representa uma abordagem que pode ser utilizada para outras séries temporais e conjuntos de dados do plâncton globalmente.

Abstract

Séries temporais oceanográficas fornecem uma importante perspectiva sobre os processos ambientais em ecossistemas. A Narragansett Bay Long-Term Plankton Time Series (NBPTS) em Narragansett Bay, Rhode Island, EUA, representa uma das séries temporais de plâncton mais longas (1959-presente) de seu tipo no mundo e apresenta uma oportunidade única de visualizar mudanças de longo prazo dentro de um ecossistema aquático. O fitoplâncton representa a base da cadeia alimentar na maioria dos sistemas marinhos, incluindo a Baía de Narragansett. Portanto, comunicar sua importância aos 2,4 bilhões de pessoas que vivem dentro do oceano costeiro é fundamental. Desenvolvemos um protocolo com o objetivo de visualizar a diversidade e magnitude do fitoplâncton utilizando o Adobe Illustrator para converter imagens microscópicas do fitoplâncton coletadas do NBPTS em gráficos vetoriais que pudessem ser conformados em padrões visuais repetitivos ao longo do tempo. Táxons numericamente abundantes ou que representavam ameaças econômicas e à saúde, como os táxons nocivos à floração de algas, Pseudo-nitzschia spp., foram selecionados para conversão de imagens. Padrões de várias imagens fitoplanctônicas foram então criados com base em sua abundância relativa para décadas selecionadas de dados coletados (décadas de 1970, 1990 e 2010). Padrões decapais da biomassa fitoplanctônica informaram o contorno de cada década, enquanto um gradiente de cor de fundo de azul para vermelho foi usado para revelar um aumento de temperatura de longo prazo observado na Baía de Narragansett. Finalmente, grandes painéis de 96 por 34 polegadas foram impressos com padrões fitoplanctônicos repetidos para ilustrar possíveis mudanças na abundância fitoplanctônica ao longo do tempo. Este projeto permite a visualização de mudanças literais na biomassa fitoplanctônica, que são tipicamente invisíveis a olho nu, aproveitando dados de séries em tempo real (por exemplo, biomassa e abundância fitoplanctônica) dentro da própria obra de arte. Ele representa uma abordagem que pode ser utilizada para muitas outras séries temporais de plâncton para visualização de dados, comunicação, educação e esforços de divulgação.

Introduction

Os fitoplâncton são produtores primários que representam a base da cadeia alimentar nos ecossistemas aquáticos 1,2. Embora os programas de monitoramento do fitoplâncton sejam fundamentais para identificar mudanças atuais e futuras nos ecossistemas marinhos, seu suporte está diminuindo ao longo do tempo 3. Devido aos seus tempos de geração relativamente curtos e mobilidade limitada, o fitoplâncton é particularmente responsivo às mudanças climáticas, o que os torna uma ferramenta importante no monitoramento de séries temporais. As séries temporais do fitoplâncton também são importantes para informar o manejo ecossistêmico da disponibilidade de recursos e fornecer contexto para eventos episódicos, como ondas de calor marinhas4. Séries temporais de curto prazo, em questão de anos, fornecem informações sobre a sucessão da comunidade fitoplanctônica e a dinâmica sazonal (por exemplo, ref.5,6), enquanto séries temporais de longo prazo, como os programas Bermuda Atlantic Time Series (BATS) e Hawaii Ocean Times Series (HOTS), abrangem mais de duas décadas e permitem a detecção de tendências de longo prazo 7,8. Tais estudos ilustram o benefício e a importância de um registro fitoplanctônico altamente resolvido para uma compreensão completa das mudanças ecossistêmicas de longo prazo em ambientes marinhos dinâmicos. Além disso, visualizar e comunicar essas mudanças no fitoplâncton, que não podem ser vistas a olho nu, são mais difíceis de compreender do que para organismos grandes e facilmente visíveis, como peixes e baleias. As visualizações computacionais oferecem uma técnica para explorar conjuntos de dados complexos9 e gráficos ilustrativos aprimorados estão se tornando prontamente disponíveis (por exemplo, Rede de Integração e Aplicação, Centro de Ciência Ambiental da Universidade de Maryland). No entanto, a maioria dos estudos em ecologia fitoplanctônica, incluindo muitos aqui referenciados, ainda apresenta resultados apenas como gráficos de dados reduzindo sua acessibilidade ao público em geral. Dado que o fitoplâncton representa a base da cadeia alimentar na maioria dos sistemas marinhos, comunicar sua importância aos quase 2,4 bilhões de pessoas que vivem no oceano costeiro é crítico10. Aqui, desenvolvemos um protocolo com o objetivo de visualizar a diversidade e magnitude do fitoplâncton, conforme coletado por um programa de monitoramento do fitoplâncton.

A Narragansett Bay Plankton Time Series (NBPTS) fornece uma perspectiva de longo prazo de 60+ anos (1959-presente) sobre os efeitos das mudanças globais dentro de um contexto climático sobre a abundância fitoplanctônica, sazonalidade e fenologia (história de vida). A Baía de Narragansett (NBay) é um estuário costeiro conectado aos sistemas mais amplos da Plataforma Nordeste e do Atlântico Noroeste dos EUA, cuja produção tem implicações importantes para a pesca e o uso humano ao longo da costa dos EUA11. O NBay é considerado um sistema altamente sazonal que experimenta aquecimento de longo prazo (1950-2015) das águas da região, bem como mudanças nos nutrientes e aumento da claridade da água12,13. Além disso, um declínio na biomassa fitoplanctônica tem ocorrido no NBay superior relacionado a diminuições antrópicas no nitrogênio inorgânico dissolvido, o que é parcialmente atribuído a melhorias em estações de tratamento de águas residuárias12. Mudanças nos táxons fitoplanctônicos, particularmente florações de algas nocivas (HABs), também estão ocorrendo em NBay. Pseudo-nitzschia spp., que produz florações tóxicas generalizadas em regiões de ressurgência ao longo da costa oeste dos EUA, levou a fechamentos notáveis de moluscos pela primeira vez na história da NBay em 2016 e 2017 14,15,16. Comunicar essas mudanças a públicos diversos é importante para aumentar a alfabetização científica e promover o apoio contínuo aos estudos de monitoramento do fitoplâncton.

O objetivo deste projeto foi utilizar imagens microscópicas do fitoplâncton do NBay, bem como dados sintetizados a partir do NBPTS, para visualizar as mudanças literais nos táxons fitoplanctônicos e na biomassa que estão ocorrendo no NBay para comunicar e aumentar a importância do fitoplâncton para o público em geral. O NBPTS fornece 60+ anos de contagens semanais de fitoplâncton e biomassa disponíveis publicamente para aproveitar os dados de (https://web.uri.edu/gso/research/plankton/). O produto final foi um grande mural de padrões de plâncton representativos dos dados da série temporal (por exemplo, biomassa e táxons fitoplanctônicos, temperatura) dentro da própria obra de arte. Esta abordagem representa um método de visualização que pode ser utilizado para muitas outras séries temporais do plâncton em todo o mundo e pode ser adaptado para programas de monitoramento com dados sazonais de curto prazo também. Os benefícios da implementação desse protocolo incluem o aumento dos esforços em visualização de dados, comunicação científica, educação e engajamento com as comunidades locais.

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Protocol

1. Convertendo imagens fitoplanctônicas em gráficos vetoriais

  1. Selecione imagens microscópicas fitoplanctônicas tiradas da Narragansett Bay Long Term Plankton Time Series (NBPTS) como arquivos .JPG, .PNG ou .PDF (Figura 1A).
    NOTA: Os táxons incluem Thalassiosira nordenskioeldii, Thalassionema nitzschioides, Tripos spp., Odontella aurita, complexo de espécies Skeletonema, Chaetoceros diadema, Eucampia zodiacus, Dinophysis spp., e Pseudo-nitzschia spp. As imagens foram obtidas com microscópio de luz.
  2. Abra um editor de gráficos vetoriais de software específico ou o ilustrador usado para este estudo (consulte a Tabela de Materiais). O software gráfico vetorial foi mencionado como ilustrador mais adiante no manuscrito.
  3. Coloque uma imagem microscópica .JPG ou .PNG no espaço de trabalho do illustrator abrindo um arquivo do computador ou arraste-o e solte-o em um novo espaço de trabalho.
  4. Vá para Exibir > Mostrar grade de transparência para revelar o plano de fundo quadriculado que indica transparência.
  5. Clique em Janela > Rastreamento de Imagem no menu suspenso para abrir a janela Rastreamento de Imagem.
  6. Clique na ferramenta Seleção (seta preta) na barra de ferramentas e clique na imagem do fitoplâncton.
  7. Clique em Objeto > Expandir no menu suspenso.
  8. Use a ferramenta Seleção direta (seta branca) na barra de ferramentas para clicar e selecionar as partes de fundo da imagem para se livrar ao redor do fitoplâncton. Pressione excluir.
  9. Repita para cada região de plano de fundo da imagem.
  10. Clique em Arquivo > Exportar para salvar o arquivo como .PNG arquivo. Verifique se a caixa Plano de fundo transparente está selecionada.
  11. Coloque .PNG imagem microscópica com plano de fundo removido em um novo espaço de trabalho no illustrator abrindo o arquivo do computador ou arraste-o e solte-o em um novo espaço de trabalho.
  12. Clique em Janela > Rastreamento de Imagem no menu suspenso para abrir a janela Rastreamento de Imagem.
  13. Nas opções de Rastreamento de Imagem, clique em Predefinição > Logotipo e Modo Preto e Branco > Preto e Branco.
  14. Use o Limite, bem como as opções Avançadas (ou seja, Caminhos, Cantos e Ruído) para refinar a imagem.
  15. Em Propriedades, selecione Expandir para vetorizá-lo.
  16. Selecione Exibir > Mostrar grade de transparência.
  17. Clique na imagem vetorial , clique com o botão direito do mouse e selecione Desagrupar.
  18. Escolha a ferramenta Seleção direta (seta branca) na barra de ferramentas. Arraste e desenhe uma caixa ao redor do espaço em branco somente. Pressione delete para removê-lo.
  19. Repita até que todo o espaço em branco seja removido.
  20. Clique em Arquivo > Salvar como e selecione . EPS para salvar como um gráfico vetorial.
  21. Repetir para os táxons fitoplanctônicos a partir de 1.1 (Figura 1B).

2. Criação de padrões fitoplanctônicos

  1. Utilizar dados de contagem de fitoplâncton do conjunto de dados NBPTS para determinar a abundância média de cada táxon de 1970-1979 (década de 1970), 1990-1999 (década de 1990) e 2010-2019 (década de 2010).
  2. Calcular a média ± o desvio padrão para cada táxon fitoplanctônico para cada década em um programa de software estatístico clicando ou digitando 'mean() e sd()'.
  3. Clique ou digite 'aov() ' para usar uma ANOVA para testar diferenças significativas entre décadas em um programa de software estatístico.
    NOTA: Algumas espécies (por exemplo, Tripos spp., Chaetoceros diadema) não têm tamanhos de amostra suficientemente grandes na década de 1990. Neste caso, clique ou digite 't.test()' em um programa de software estatístico para comparar as abundâncias médias nas décadas de 1970 e 2010.
  4. Use a 'Ferramenta de prancheta' (quadrada) na barra de ferramentas para clicar e criar uma nova prancheta em um novo espaço de trabalho do ilustrador específico usado neste estudo.
  5. Faça três pranchetas idênticas do mesmo tamanho. Ajuste o tamanho em Propriedades > Transformar.
    NOTA: Para este projeto, as pranchetas para as imagens fitoplanctônicas foram de 1224 px por 545 px.
  6. Arraste e solte o arquivo . Arquivos EPS dos diferentes táxons fitoplanctônicos nas três pranchetas.
  7. Colorir o fitoplâncton com diferentes cores representativas da década usando a ferramenta Seleção Direta (seta branca) para desenhar uma caixa ao redor de um fitoplâncton individual.
  8. Em Propriedades, selecione Preenchimento e clique na cor desejada na paleta de cores. Pressione Enter para preencher o vetor.
  9. Use a Ferramenta de seleção (seta preta) para realçar um fitoplâncton específico e selecione Editar > Copiar e Editar > Colar.
  10. Colar qualitativamente cada vetor fitoplanctônico com base nas proporções relativas de cada táxon no conjunto de dados, conforme determinado em 2.2 para cada uma das três décadas (Figura 1C).
    NOTA: A abundância de fitoplâncton em cada painel é uma representação qualitativa da Tabela 1. Por exemplo, se uma abundância maior de Pseudo-nitzschia spp for observada na década de 2010 do que na década de 1990, copie mais gráficos de Pseudo-nitzschia na prancheta de 2010 do que na prancheta de 1990.
  11. Selecione Object > Pattern > Make para criar um padrão fitoplanctônico de amostra de cores para cada uma das três décadas.

3. Incorporação de dados de biomassa e temperatura fitoplanctônica

  1. Clique ou digite 'mean()' para calcular a clorofila a média (chl a, proxy para biomassa fitoplanctônica) para cada semana de cada década em um programa de software estatístico.
  2. Clique ou digite 'plot()' em um programa de software estatístico para representar graficamente a biomassa decadal média (variável dependente) por semana (variável independente) e clique em Salvar o gráfico como .JPG ou .PNG.
  3. Coloque uma .JPG ou .PNG da figura de biomassa decadal no espaço de trabalho do illustrator abrindo o arquivo do computador ou arraste-o e solte-o em um novo espaço de trabalho.
  4. Repita as etapas 1.3 a 1.8 para vetorizar cada um dos três ciclos sazonais.
    1. Vá para Exibir > Mostrar grade de transparência para revelar o plano de fundo quadriculado que indica transparência.
    2. Clique em Janela > Rastreamento de Imagem no menu suspenso para abrir a janela Rastreamento de Imagem.
    3. Clique na ferramenta Seleção (seta preta) na barra de ferramentas e clique na imagem.
    4. Clique em Objeto > Expandir no menu suspenso.
    5. Use a ferramenta Seleção direta (seta branca) na barra de ferramentas para clicar e selecionar as partes de plano de fundo da imagem para se livrar ao redor da linha que indica o ciclo sazonal. Pressione excluir. Repita para cada região de plano de fundo da figura.
    6. Clique em Arquivo > Exportar para salvar o arquivo como .PNG arquivo. Verifique se a caixa Plano de fundo transparente está selecionada.
    7. Coloque .PNG figura com plano de fundo removido em um novo espaço de trabalho do illustrator específico usado abrindo o arquivo do computador ou arraste-o e solte-o em um novo espaço de trabalho.
    8. Clique em Janela > Rastreamento de Imagem no menu suspenso para abrir a janela Rastreamento de Imagem.
    9. Em Propriedades, selecione Expandir para vetorizá-lo.
    10. Selecione Exibir > Mostrar grade de transparência.
    11. Clique na imagem vetorial , clique com o botão direito do mouse e selecione Desagrupar.
    12. Escolha a ferramenta Seleção direta (seta branca) na barra de ferramentas. Arraste e desenhe uma caixa ao redor do espaço em branco somente. Pressione delete para removê-lo.
    13. Repita até que todo o espaço em branco seja removido para cada uma das linhas das décadas de 1970, 1990 e 2010.
    14. Clique em Arquivo > Salvar como e selecione . EPS para salvar cada linha como um gráfico vetorial separado.
  5. Use a 'Ferramenta de prancheta' (quadrada) na barra de ferramentas para clicar em arrastar e criar uma nova prancheta em um novo espaço de trabalho do illustrator.
  6. Faça três pranchetas idênticas do mesmo tamanho. Ajuste o tamanho em Propriedades > Transformar.
    NOTA: Para este projeto, as dimensões foram de 1224 px por 3456 px.
  7. Arraste e solte um dos chl a . EPS em uma das três pranchetas, respectivamente.
  8. Crie uma nova camada clicando no 'ícone de nota adesiva'.
  9. Crie um retângulo dentro da nova camada com a ferramenta Retângulo na barra de ferramentas.
  10. Preencha o retângulo com um gradiente azul claro usando a ferramenta Gradiente da barra de ferramentas.
  11. Copie a linha de tendência vetorizada e adicione-a à camada com o retângulo.
  12. Use a ferramenta 'Segmento de linha' na barra de ferramentas para criar uma caixa anexada à linha de tendência. Mantenha pressionada a tecla shift para tornar as linhas retas e alinhadas.
  13. Pressione a tecla de controle e selecione todos os componentes, incluindo as linhas, o retângulo e a linha de tendência dentro da camada.
  14. Selecione Objeto > Máscara de Recorte > Criar. Isso removerá o preenchimento superior da forma.
  15. Preencha a forma com o padrão fitoplanctónico guardado como uma amostra de cor a partir da versão 2.11.
  16. Repita esse processo para cada uma das três décadas.
  17. Repita as etapas 3.9 & 3.10 para criar um retângulo colorido com um gradiente de cor vermelho para azul para representar a temperatura da água quente nos três painéis decadais.
  18. Clique com o botão direito do mouse no objeto e mova-o de volta atrás dos padrões fitoplanctônicos.

4. Adicionando detalhes aos painéis fitoplanctônicos

  1. Para adicionar imagens de fitoplâncton fotografado aos padrões fitoplanctônicos, selecione Abrir e clique no arquivo de imagem para abri-lo no ilustrador usado aqui.
  2. Crie um círculo com a ferramenta Elipse na barra de ferramentas e sobreponha-o sobre a imagem do fitoplâncton.
  3. Mantenha pressionada a tecla shift para selecionar a forma e a imagem e, no menu, clique em Objeto > Máscara de Recorte > Criar para preencher a forma com a imagem.
  4. Repita para selecionar imagens fitoplanctônicas e distribua ao longo das três décadas para parecer uma lupa ampliando o fitoplâncton ilustrativo (Figura 1D).
    NOTA: Os passos 1.3 a 1.8 podem ser repetidos para adicionar elementos artísticos de barcos e pássaros aos painéis para fazer com que os ciclos sazonais de chl a pareçam ondas do oceano.
  5. Use a 'Ferramenta de retângulo' na barra de ferramentas para criar uma caixa de texto em cada uma das pranchetas da década.
  6. Use a 'ferramenta Tipo' (T) para clicar e digitar texto informativo sobre cada década. Adicione texto no topo de cada década com o nome da década e adicione os nomes das estações correspondentes na parte inferior de cada um dos três painéis.
  7. Salve o espaço de trabalho no illustrator.

5. Produção mural

  1. Importe o arquivo do illustrator salvo e selecione importar apenas as três décadas completas. Selecione tudo e exporte como um arquivo .PDF.
  2. Abra o padrão de plâncton .PDF arquivo com uma plotadora de grande formato para dimensionar as três pranchetas decadal em painéis de 96 polegadas por 34 polegadas.
  3. Imprima painéis em papel de matéria pesada e instale com hardware suspenso.

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Representative Results

Os resultados documentam um declínio na biomassa fitoplanctônica entre as décadas de 1970 e 1990 e 2010 (Figura 1). Todas as décadas exibiram um pico bimodal na concentração de clorofila a (chl a), com o primeiro pico ocorrendo no inverno e o segundo ocorrendo no verão. A década de 1970 exibiu maior média de chl a no inverno do que no verão. Por outro lado, a década de 1990 mostrou menor chl a no inverno do que no verão. A década de 2010 retornou a uma concentração média maior de chl a no inverno do que no verão. Esses resultados são refletidos no produto final através de diferentes picos de chl a nos painéis, bem como com as caixas de texto adicionadas para enfatizar diferentes componentes do conjunto de dados chl a (Figura 2).

A análise de táxons fitoplanctônicos ecologicamente relevantes da Baía de Narragansett revelou uma ampla distribuição em abundância ao longo do tempo. Essa variação frequentemente mascarou quaisquer diferenças estatisticamente significativas nos táxons entre as três décadas, embora os táxons HAB, Dinophysis spp. Em contraste, Thalassiosira nordenskioeldii e Skeletonema spp. Outros táxons oscilaram em abundância, como Eucampia zodiacus (Tabela 1). Esses resultados foram ilustrados no produto final pela maior presença de mais imagens de E. zodiacus na década de 2010 em comparação com as décadas de 1970 e 1990, bem como uma imagem microscópica sobreposta de E. zodiacus para trazer a espécie real para a "vida real" para o público (Figura 2 & 3).

Nome da taxa Tipo 1970-79 Média ± DP (Células L-1) 1990-99 Média ± DP (Células L-1) 2010-19 Média ± DP (Células L-1) p-valor
Pseudo-nitzschia spp. Diatomáceas 3701 ± 18235 5123 ± 24396 12919 ± 58632 > 0.05
Talassionema nitzschioides Diatomáceas 81797 ± 245710 22909 ± 59246 62656 ± 292940 > 0.05
Tripos spp. Dinoflagelado 1933 ± 703 500 ± 706 841 ± 353 < 0,001
Eucampia zodiacus Diatomáceas 27266 ± 27675 7500 ± 2121 90764 ± 181415 > 0.05
Thalassiosira nordenskioeldii Diatomáceas 76800 ± 150545 27000 ± 28284 362411 ± 376064 0.008
Odontella aurita | Diatomáceas 5571 ± 8541 5000 ± 2645 17750 ± 23485 > 0.05
Chaetoceros diadema | Diatomáceas 103027 ± 239802 18000 ± 0 40402 ± 46128 > 0.05
Skeletonema spp. Diatomáceas 2457847 ± 7814228 1884674 ± 4888589 1349184 ± 3732765 0.003
Dinophysis spp. Dinoflagelado 5166 ± 8983 1978 ± 1840 2331 ± 2504 < 0,001

Tabela 1: Contagem do fitoplâncton. Média (células L-1) e desvio padrão das concentrações fitoplanctônicas para cada táxon para cada década. Tipo designa se o fitoplâncton é classificado como diatomácea ou dinoflagelado. ANOVA ou teste t foi realizado para testar diferenças estatisticamente significativas na abundância média entre as três décadas (ANOVA) ou duas (teste t) quando o baixo tamanho da amostra estava presente na década de 1990 (i.e., Tripos spp., Eucampia zodiacus, Thalassiosira nordenskioeldii, Odontella aurita e Chaetoceros diadema). Valores de p significativos determinados em α = 0,05 e indicados em negrito.

Figure 1
Figura 1: Esquema da metodologia. A) Converter imagem microscópica em um gráfico ilustrativo vetorial, B) Criar padrão repetitivo para cada década (décadas de 1970, 1990, 2010), C) Usar dados de clorofila decadais para informar formas de padrões. Preencha o fundo com esquema de cores azul a vermelho para representar o aumento da temperatura da água, e D) Finalize o produto adicionando texto para informar características distintas em padrões e imagens microscópicas do fitoplâncton usadas para criar gráficos ilustrativos. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 2
Figura 2: Visualização concluída. Visualização finalizada do fitoplâncton feita no illustrator. Os táxons incluem Thalassiosira nordenskioeldii, Thalassionema nitzschioides, Tripos spp., Odontella aurita, complexo de espécies Skeletonema, Chaetoceros diadema, Eucampia zodiacus, Dinophysis spp.

Figure 3
Figura 3: Obra de arte concluída. Visualização finalizada do fitoplâncton feita no ilustrador ao lado da versão impressa para A) os anos 1970, B) os anos 1990 e C) os anos 2010. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

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Discussion

As etapas críticas do protocolo incluem a obtenção de imagens microscópicas do fitoplâncton e sua conversão em gráficos vetoriais. Fazer as imagens do fitoplâncton, que não são perceptíveis a olho nu, grandes o suficiente para serem vistas sem uma lupa no mural, ajuda a trazê-las à vida para o espectador. Para realizar este mural não apenas como uma obra de arte, mas também como um método de visualização de dados, é importante incorporar os dados observados no projeto. No caso do mural fitoplanctônico, os ciclos anuais de clorofila a (chl a) que foram medidos por década representam os dados reais e mostram como o chl a declinou por década nos diferentes painéis. Para a abundância fitoplanctônica, as concentrações médias de determinados táxons variaram entre as décadas, portanto, uma maior abundância de um táxon observada em uma determinada década teria mais gráficos desse táxon copiados no painel decadal em comparação com outro painel com menor abundância média. Usar dados observados para informar os elementos artísticos, como um gradiente de cor do azul para o vermelho para representar o aumento da temperatura, também ajuda na visualização desses dados científicos.

Modificações do método podem incluir a obtenção de imagens microscópicas do fitoplâncton a partir de repositórios de imagens de acesso aberto, bem como a utilização de outros sistemas de imagem fitoplanctônica para imagens fotográficas além de um microscópio (por exemplo, Imaging Flow-Cytobot). Além disso, imagens microscópicas e dados científicos poderiam incluir contagens e imagens diárias de fitoplâncton, em vez de décadas, para conjuntos de dados de séries temporais mais curtas, bem como imagens de zooplâncton para revelar interações da teia alimentar. Finalmente, as temperaturas médias registradas para cada década poderiam ser incluídas nos painéis para quantificar as mudanças de temperatura, ou uma linha de tendência desenhada perto da parte inferior dos painéis, além das mudanças ilustrativas mostradas através do fundo gradiente. As limitações incluem a solução de problemas desses dados científicos para dimensionar dentro dos limites da peça de arte física, bem como a obtenção de instrumentação para impressão em grandes painéis. Também é importante garantir que a cor de fundo seja transparente o suficiente para revelar as mudanças na abundância do fitoplâncton distintamente ao longo do tempo, o que pode ser difícil de distinguir até ser impresso. Finalmente, o Adobe Illustrator é um software proprietário, que pode limitar a acessibilidade para determinados usuários, mas programas de ilustração de software livre estão disponíveis (por exemplo, Inkscape, GIMP, Vectr, Vectornator). A adaptação do protocolo para a produção dos murais fitoplanctônicos nesses programas livres representa um trabalho futuro útil para aumentar a acessibilidade.

Dado que o fitoplâncton representa a base da cadeia alimentar em quase todos os sistemas marinhos, comunicar a sua importância é fundamental; No entanto, a maioria dos estudos em ecologia fitoplanctônica apresenta resultados apenas como gráficos de dados reduzindo sua acessibilidade ao público em geral. O protocolo aqui apresentado de desenvolvimento do mural fitoplanctônico mostra o impacto da visualização de dados científicos através de uma lenteartística17. Através da análise deste mural, o espectador pode ver que a biomassa fitoplanctônica diminuiu na Baía de Narragansett (NBay) desde a década de 1970. Este declínio ocorre durante um período em que houve aumentos de longo prazo na temperatura da água do mar em NBay13. Mudanças semelhantes nas comunidades planctônicas (i.e., zooplâncton) com o aquecimento da temperatura da água do mar também foram observadas no estuário da Baía de São Francisco, que, como NBay, suporta uma grande população humana18,19. Esta abordagem representa um método de visualização que pode ser utilizado para muitas outras séries temporais do plâncton, como o Estuário da Baía de São Francisco, em todo o mundo.

À primeira vista, a forma e a cor dos painéis mudam com o tempo. Observando os painéis mais de perto, os padrões do fitoplâncton são reflexos de mudanças na abundância e biomassa de diferentes táxons. É aqui que os mundos da arte e da ciência colidem, na medida em que os padrões científicos são os padrões literais mostrados no mural. É evidente que há muito mais do que o que aparece na superfície da água visualizando dados fitoplanctônicos por meio da arte.

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Disclosures

Os autores declaram não haver conflitos de interesse.

Acknowledgments

Esta pesquisa foi apoiada pela National Science Foundation (OIA-1655221, OCE-1655686) e Rhode Island Sea Grant (NA22-OAR4170123, RISG22-R/2223-95-5-U). Agradecemos aos múltiplos capitães pela assistência de campo e aos muitos estudantes e pesquisadores que coletaram dados desde 1970. Agradecemos a Stewart Copeland e Georgia Rhodes por desenvolverem o projeto Vis-A-Thon que produziu o mural de plâncton, bem como a Rafael Attias da Rhode Island School of Design por sua orientação artística durante o desenvolvimento do projeto.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Adobe Illustrator Adobe version 23.0.6 Free alternatives include: Inkscape, GIMP, Vectr, Vectornator
Eclipse E800 Nikon ECLIPSE Ni/Ci Upright Microscope Now succeeded by Eclipse Ni-U
Epson Large Format Printer Epson SCT5475SR
Heavy Matte Paper Epson S041596
RStudio Rstudio, PBC version 2022.07.1 Any statistical software tool will suffice

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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Visualizando Dados Oceanográficos para Retratar Mudanças de Longo Prazo no Fitoplâncton
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Thibodeau, P. S., Kim, J. Visualizing Oceanographic Data to Depict Long-term Changes in Phytoplankton. J. Vis. Exp. (197), e65571, doi:10.3791/65571 (2023).

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