Metodi per sondaggi basati su immagine di macroinvertebrati bentonici e loro Habitat esemplificato dall'indagine fotocamera goccia per la cappasanta atlantica
2 luglio 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 l'esecuzione di indagini mediante telecamera a caduta per stimare l'abbondanza e la distribuzione del pettine atlantico (Placopecten magellanicus). Il metodo è non invasivo e può essere adattato ad altri macroinvertebrati bentonici.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Ecologia marina
- Biologia marina
- Metodologia delle indagini
Sfondo
- L'imaging subacqueo è diventato più accessibile grazie ai progressi tecnologici.
- Le indagini basate su immagini sono meno invasive rispetto ai metodi tradizionali.
- I protocolli variano in base alla specie bersaglio e agli obiettivi dell'indagine.
- Questo metodo aiuta a rispondere a domande ecologiche riguardanti l'abbondanza delle specie e le associazioni con l'habitat.
Scopo dello studio
- Sviluppare un protocollo standardizzato per le indagini con telecamera a caduta.
- Stimare l'abbondanza e la distribuzione delle capesante dell'Atlantico.
- Fornire un quadro applicabile ad altri macroinvertebrati bentonici.
Metodi Utilizzati
- Configurazione dell'equipaggiamento per l'imaging subacqueo su un peschereccio.
- Utilizzo di un programma mobile per il rilevamento in campo ai fini della raccolta dati.
- Acquisizione di immagini e registrazione dei dati in diverse stazioni di campionamento.
- Quantificazione della densità e delle dimensioni delle capesante mediante software di analisi delle immagini.
Risultati principali
- Acquisizione con successo di immagini e dati per le popolazioni di capesante.
- Stime della biomassa e della distribuzione delle capesante in diverse zone.
- Creazione di mappe di distribuzione per diverse dimensioni di capesante.
- Collaborazione con l'industria della pesca per un migliore gestione della pesca.
Conclusioni
- Il metodo di campionamento con telecamera a caduta è efficace per il campionamento marino non invasivo.
- I risultati contribuiscono a una migliore comprensione delle popolazioni di capesante.
- Questo protocollo può essere adattato ad altre specie e ambienti.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale
I metodi di rilevamento basati su immagini forniscono un'acquisizione non invasiva e ripetibile di dati sugli invertebrati macrobentonici, sostenendo il monitoraggio ecologico e la valutazione delle risorse. L'approccio con telecamera a caduta consente la quantificazione dell'abbondanza delle specie, della loro distribuzione e delle associazioni con l'habitat, senza estrazione fisica, riducendo il disturbo all'ecosistema. Questa metodologia aumenta la fiducia predittiva nelle valutazioni di impatto ambientale e supporta decisioni di gestione sostenibile per le popolazioni di invertebrati marini.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Bersaglio
- Valore scientifico: Consente la verifica di ipotesi riguardanti le relazioni tra specie e habitat e la dinamica delle popolazioni in ambienti naturali.
- Valore operativo: Fornisce output standardizzati e quantificabili per le metriche di abbondanza e dimensione tra diverse stazioni di campionamento.
- Valore predittivo: Supporta un avanzamento proporzionato al rischio generando dati ecologici di base per la validazione di bersagli in studi di ecotossicologia o sicurezza ambientale.
Sviluppo di Screening e Saggi
- Valore scientifico: Genera set di dati di immagini ad alta risoluzione e georeferenziate, adatti per analisi automatizzate e applicazioni di apprendimento automatico.
- Valore operativo: Consente protocolli di raccolta dati scalabili e standardizzati, adattabili a diverse specie e tipi di habitat.
- Prontezza per saggi: Produce sistemi di riferimento biologici validati per lo screening di composti in contesti ecologicamente rilevanti.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Valore scientifico: Favorisce una continuità traslazionale dai modelli di laboratorio ai sistemi ecologici convalidati sul campo.
- Valore operativo: Fornisce dati quantitativi riproducibili su habitat e popolazioni per la valutazione del rischio ambientale preclinico.
- Allineamento del biomarcatore traslazionale: Permette di correlare le risposte delle specie con le variabili ambientali al fine di una riduzione meccanicistica dei rischi.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Il metodo si integra nei flussi di lavoro di scoperta fornendo sistemi biologici ecologicamente rilevanti per la verifica delle ipotesi e la valutazione di composti nell'analisi della sicurezza ambientale.
- Biologia della scoperta: Supporta l'analisi di ipotesi terapeutiche relative all'impatto sugli ecosistemi e alle risposte specifiche per specie.
- Screening: Fornisce output di imaging standardizzati e quantitativi per l'analisi ad alto contenuto delle comunità bentoniche.
- Analisi dati: Permette il confronto statistico della densità delle popolazioni, della distribuzione dimensionale e della co-occorrenza negli habitat tra condizioni trattate e di controllo.
- Ricerca traslazionale: Collega i risultati ottenuti in vitro con la dinamica delle popolazioni e le preferenze di habitat in situ, garantendo continuità ambientale.
- Riutilizzo aziendale: Stabilisce una piattaforma di imaging riutilizzabile per il monitoraggio longitudinale e la sorveglianza ambientale trasversale ai programmi.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Riduce l'ambiguità meccanicistica negli studi sulle risposte ambientali attraverso l'osservazione diretta di popolazioni naturali.
- Valore operativo: Garantisce standardizzazione, riproducibilità e minimo disturbo dell'habitat in studi longitudinali.
- Valore strategico: Migliora le decisioni di avanzamento o interruzione fornendo dati precoci di riduzione del rischio ecologico per lo sviluppo di composti.
- Impatto sul portafoglio: Permette una priorizzazione adeguata al rischio basata sulla valutazione della sensibilità delle specie e della vulnerabilità degli habitat.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze specifiche in ecologia marina, sistemi di imaging subacqueo e analisi di dati geospaziali.
- È dipendente da strumentazione specializzata, inclusi alloggiamenti per fotocamere resistenti alla pressione, sistemi di illuminazione e telemetria a fibra ottica.
- Necessita di standardizzazione tra gruppi diversi per quanto riguarda le operazioni sul campo, l'analisi delle immagini e la gestione dei dati.
- Comporta considerazioni di adattamento relative ai diversi tipi di substrato, ai livelli di torbidità e ai comportamenti delle specie bersaglio.
- I limiti pratici includono il dispiegamento condizionato dal meteo, i vincoli legati allo stato del mare e l'attenuazione della luce in ambienti torbidi.
