Metodi per sondaggi basati su immagine di macroinvertebrati bentonici e loro Habitat esemplificato dall'indagine fotocamera goccia per la cappasanta atlantica
July 2nd, 2018
Rilievo di immagine in base è un metodo sempre più pratico, non-invasivo per assaggiare l'ambiente marino. Vi presentiamo il protocollo di un sondaggio di fotocamera di discesa che consente di stimare l'abbondanza e la distribuzione della cappasanta atlantica (Placopecten magellanicus). Discutiamo di come questo protocollo può essere generalizzato per applicazione ad altri macroinvertebrati bentonici.
L'imaging subacqueo è stato a lungo utilizzato nel campo dell'ecologia marina. La riduzione dei costi delle telecamere ad alta risoluzione e dell'archiviazione dei dati ha reso l'approccio più pratico rispetto al passato. Le indagini basate su immagini consentono di rivisitare i campioni iniziali e non sono invasive rispetto ai metodi di indagine tradizionali.
Ma i protocolli sono guidati dal comportamento delle specie target e dagli obiettivi dell'indagine. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande ecologiche chiave per le specie di interesse, come la loro abbondanza, distribuzione e associazioni di habitat. A dimostrare parti della procedura a bordo del peschereccio, Liberty, è Craig Lego, uno studente laureato nel nostro laboratorio.
Per installare l'attrezzatura sul ponte della nave, disporre la piramide come descritto nel protocollo di testo. La piramide è una chiave sensibile alla pressione con un cavo in fibra ottica, che si trova su un tamburo e collegato a un anello di rotazione. Fissare la scatola di giunzione alla piramide.
Quindi, collega le telecamere e le luci alla piramide, quindi collega le telecamere e le luci alla scatola di giunzione con i cavi della fotocamera e della luce. Far passare il cavo in fibra ottica attraverso la puleggia e collegarlo alla gruetta. Collegare il cavo della chiave idraulica del recipiente alla piramide.
Installare l'attrezzatura nella timoneria della nave. Per fissare l'estremità del ponte della timoneria, far passare il cavo in fibra ottica all'anello di contatto ottico sulla chiave sensibile alla pressione. Dopo aver configurato i computer, come descritto nel protocollo di testo, collegare le telecamere e le luci alla timoneria dell'imbarcazione.
Per collegare l'estremità della timoneria della timoneria, far passare il cavo in fibra ottica nella timoneria e collegarlo all'interfaccia in fibra ottica sul computer desktop e alla spina di alimentazione della luce. Avviare il programma di raccolta dati sul campo dal computer desktop. Assicurarsi che tutte le telecamere montate sulla piramide e collegate alla scatola di giunzione vengano visualizzate automaticamente come collegate.
Per acquisire le immagini e registrare i dati in ogni stazione, avviare il programma di mappatura del campo mobile dal computer portatile, selezionare lo strumento di marcatura e trascinare l'icona del bersaglio su una stazione per fornire un rilevamento alla stazione. Abbassare lentamente la piramide di campionamento sul fondo del mare. Utilizzare la chiave idraulica del serbatoio quando la stazione è stata raggiunta e il serbatoio si è fermato.
Mentre la piramide viene abbassata sul fondo del mare, fare doppio clic sulla casella del nome breve dell'area e immettere un nome per l'area. Fare clic sul pulsante "camma del capitano di lancio" per visualizzare le viste della telecamera e altre informazioni sul monitor vicino ai comandi della chiave idraulica. Dopo aver acceso le luci, acquisire i dati quadratici una volta che la piramide di campionamento è atterrata sul fondo del mare.
Nel programma di raccolta dati sul campo, fare clic su avvia stazione"per avviare la registrazione video. Fare clic su scatta istantanee"quando viene visualizzata una visione chiara del fondo marino, quindi fare clic su salva tutto"per acquisire un'immagine fissa da tutte le viste della fotocamera contemporaneamente. Quindi fare clic sul pulsante "scrivi nel database".
Immettere il numero di capesante visualizzate nell'immagine della fotocamera digitale nella casella di conteggio delle capesante e digitare eventuali commenti nella casella dei commenti. Fare clic sul pulsante scrivi nel database"per scrivere i dati sul quadrato come riga nel database dei campi. Sollevare la piramide, come descritto nel protocollo di testo, e fare clic su stazione finale" nel programma di raccolta dati sul campo per terminare la registrazione video e far avanzare il programma alla stazione successiva.
Fare clic sul pulsante "Esci dal programma" per chiudere il programma. Infine, fare clic su stazione di cattura"nel programma di mappatura del campo mobile per contrassegnare la stazione come prima. Dopo aver recuperato le immagini, come descritto nel protocollo di testo, accedere alla sezione del substrato e fare clic sulle caselle per i tipi di substrato presenti.
Per quantificare gli animali macrobentonici, fare clic sulle caselle relative agli animali presenti nella sezione invertiti presenta. Inserisci il numero di ogni animale osservato nella sezione inverte il conteggio. Fai clic sul pulsante rosso SC" e punteggia ogni capesante nell'immagine.
Fare clic sul pulsante "invia" per scrivere i dati sull'immagine come riga nel database di laboratorio e creare una copia dell'immagine con gli animali punteggiati. Quindi modificare il profilo nel programma di raccolta dati di laboratorio in controllo dell'immagine"Rivedere la voce per l'accuratezza e apportare le modifiche necessarie. Selezionare il pulsante "invia" per sovrascrivere i dati relativi all'immagine inviata dall'utente digitalizzato, quindi contrassegnare l'immagine come qualità controllata nel database di laboratorio.
Per misurare le capesante osservate nelle immagini, selezionare l'annotazione della linea nel programma di annotazione delle immagini, quindi tracciare una linea dall'umbone della capesante alla parte superiore del guscio della capagna. Ripeti questo passaggio per tutte le capesante misurabili nell'immagine. Seleziona file"e poi salva annotazioni"per creare un foglio di calcolo delle misurazioni prima di eseguire l'analisi dei dati come descritto nel protocollo di testo.
I risultati rappresentativi di un'immagine del sondaggio completamente annotata sono mostrati qui. Il programma di annotazione conta ogni punto di ogni colore, quantificando il numero di questi animali nell'immagine. Le linee su ogni capesante si estendono dall'umbone alla parte anteriore della conchiglia e vengono misurate dal programma per fornire una stima dell'altezza della conchiglia delle capesante.
Nella pesca delle capesante nell'Atlantico degli Stati Uniti, il modello di simulatore di gestione dell'area delle capesante viene utilizzato per proiettare l'abbondanza e gli sbarchi di capesante in mare. Ogni zona di questo modello sulla riva della Georgia era un'area di interesse. Una volta che le capesante in ogni immagine sono state contate e misurate, vengono effettuate stime di densità e dimensioni per ogni area di interesse.
Inoltre, vengono create mappe di distribuzione per ogni area per tutte le capesante, le capesante giovani e le capesante di dimensioni raccoglibili. Utilizzando le stime dell'indagine, nonché la relazione tra l'altezza del guscio delle capesante e il peso della carne, vengono prodotte stime della biomassa totale e sfruttabile delle capesante per ciascuna zona del modello del simulatore di gestione dell'area delle capesante. Nella tabella sono inclusi il peso medio della carne di capesante in grammi, il peso totale delle capesante in tonnellate metriche e l'errore standard in tonnellate metriche.
Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo della scienza della pesca per lavorare in collaborazione con l'industria della pesca per esplorare l'abbondanza e la distribuzione delle capesante sulla piattaforma continentale degli Stati Uniti. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come acquisire immagini in mare, quantificare i dati all'interno di queste immagini e creare prodotti di dati che supportino la gestione della pesca. Seguendo questa procedura, vengono raccolti dati sul substrato e su altri animali oltre alle capesante che possono essere utilizzati per rispondere a ulteriori domande come le preferenze di habitat e le relazioni tra predatori e prede.
Non dimenticare che lavorare in mare può essere estremamente pericoloso e che durante l'esecuzione di questa procedura dovrebbero sempre essere prese precauzioni come la sicurezza in mare, l'addestramento e il lavoro con un equipaggio esperto.
Panoramica
Questo articolo presenta un protocollo per condurre sondaggi con telecamere a goccia per stimare l'abbondanza e la distribuzione della capasanta atlantica (Placopecten magellanicus). Il metodo è non invasivo e può essere adattato per altri macroinvertebrati bentonici.
Componenti chiave dello studio
Area della scienza
- Ecologia marina
- Biologia marina
- Metodologia di indagine
Sfondo
- L'imaging subacqueo è diventato più accessibile grazie ai progressi nella tecnologia.
- I sondaggi basati sulle immagini sono meno invasivi rispetto ai metodi tradizionali.
- I protocolli variano in base alla specie target e agli obiettivi del sondaggio.
- Questo metodo aiuta a rispondere a domande ecologiche riguardanti l'abbondanza delle specie e le associazioni con l'habitat.
Obiettivo dello studio
- Sviluppare un protocollo standardizzato per i sondaggi con telecamere a goccia.
- Stimare l'abbondanza e la distribuzione delle capasanite atlantiche.
- Fornire un quadro applicabile ad altri macroinvertebrati bentonici.
Metodi utilizzati
- Installazione dell'attrezzatura di imaging subacqueo su una nave da pesca.
- Utilizzo di un programma di mappatura mobile sul campo per la raccolta dati.
- Cattura di immagini e registrazione dei dati in varie stazioni di campionamento.
- Quantificazione della densità e delle dimensioni delle capasanite utilizzando software di analisi delle immagini.
Risultati principali
- Cattura riuscita di immagini e dati per le popolazioni di capasanite.
- Stime della biomassa e della distribuzione delle capasanite in diverse zone.
- Creazione di mappe di distribuzione per varie dimensioni di capasanite.
- Collaborazione con l'industria della pesca per un miglioramento della gestione della pesca.
Conclusioni
- Il metodo di sondaggio con telecamera a goccia è efficace per il campionamento marino non invasivo.
- I risultati contribuiscono a una migliore comprensione delle popolazioni di capasanite.
- Questo protocollo può essere adattato per altre specie e ambienti.
Domande frequenti
Executive Industry Relevance
Image-based survey methods provide non-invasive, repeatable data collection for benthic macroinvertebrates, supporting ecological monitoring and resource assessment. The drop camera approach enables quantification of species abundance, distribution, and habitat associations without physical extraction, reducing ecosystem disturbance. This methodology enhances predictive confidence in environmental impact assessments and informs sustainable management decisions for marine invertebrate populations.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables hypothesis testing regarding species-habitat relationships and population dynamics in natural environments.
- Operational Value: Provides standardized, quantifiable outputs for abundance and size metrics across sampling stations.
- Predictive Value: Supports risk-adjusted advancement by generating baseline ecological data for target validation in ecotoxicology or environmental safety studies.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates high-resolution, georeferenced image datasets suitable for automated analysis and machine learning applications.
- Operational Value: Enables scalable, standardized data collection protocols adaptable to multiple species and habitat types.
- Assay Readiness: Produces validated biological reference systems for downstream compound screening in ecologically relevant contexts.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Facilitates translational continuity from laboratory models to field-validated ecological systems.
- Operational Value: Delivers reproducible, quantitative habitat and population data for preclinical environmental risk assessment.
- Translational Biomarker Alignment: Enables correlation of species responses with environmental variables for mechanistic de-risking.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into discovery workflows by providing ecologically relevant biological systems for hypothesis testing and compound evaluation in environmental safety profiling.
- Discovery Biology: Supports interrogation of therapeutic hypotheses related to ecosystem impact and species-specific responses.
- Screening: Delivers standardized, quantitative imaging outputs for high-content analysis of benthic communities.
- Analytics: Enables statistical comparison of population density, size distribution, and habitat co-occurrence across treatment and control conditions.
- Translational Research: Connects in vitro findings to in situ population dynamics and habitat preferences for environmental continuity.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable imaging platform for longitudinal monitoring and cross-program environmental surveillance.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity in environmental response studies through direct observation of natural populations.
- Operational Value: Ensures standardization, reproducibility, and minimal habitat disturbance across longitudinal studies.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by providing early ecological de-risking data for compound advancement.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization based on species sensitivity and habitat vulnerability assessments.
Implementation Considerations
- Requires expertise in marine ecology, underwater imaging systems, and geospatial data analysis.
- Dependent on specialized instrumentation including pressure-rated camera housings, lighting systems, and fiber optic telemetry.
- Necessitates cross-team standardization between field operations, image analysis, and data management units.
- Involves adaptation considerations for varying substrate types, turbidity levels, and target species behaviors.
- Practical limitations include weather-dependent deployment, sea state constraints, and light attenuation in turbid environments.
