底生動物とその生息地大西洋帆立て貝のドロップ カメラ調査による例示のイメージ調査法
2018年7月2日
イメージ ベースの調査は、海洋環境をサンプルにますます実用的な非侵襲的方法です。豊かさを推定するドロップ カメラ調査のプロトコルや大西洋の海ホタテ (Placopecten magellanicus) の分布を紹介しています。我々 は他の水生への適用のこのプロトコルを一般化できる方法について説明します。
水中イメージングは、海洋生態学の分野で古くから利用されてきました。高解像度カメラとデータストレージのコストを削減することで、このアプローチは以前よりも実用的になりました。画像ベースの調査では、初期サンプルを再検討することができ、従来の調査方法と比較して非侵襲的です。
しかし、プロトコルは、対象種の行動と調査の目的によって決定されます。この方法は、対象種の存在量、分布、生息地との関連性など、対象種の主要な生態学的質問に答えるのに役立ちます。漁船Liberty号で手順の一部を実演しているのは、私たちの研究室の大学院生であるCraig Legoです。
船の甲板に機器を設置するには、テキストプロトコルで説明されているようにピラミッドを配置します。ピラミッドは、光ファイバーケーブルを備えた感圧レンチで、ドラムに取り付けられ、スリップリングに取り付けられています。ジャンクション ボックスをピラミッドに取り付けます。
次に、カメラとライトをピラミッドに取り付けてから、カメラとライトをカメラとライトケーブルでジャンクションボックスに接続します。光ファイバーケーブルをシーブに通し、ダビットに取り付けます。容器の油圧レンチケーブルをピラミッドに取り付けます。
船舶の操舵室に機器を設置します。操舵室のデッキ端を取り付けるには、感圧レンチの光学スリップリングに光ファイバーケーブルを配線します。テキストプロトコルで説明されているように、コンピューターをセットアップした後、カメラとライトを船の操舵室に接続します。
操舵室の端を操舵室に取り付けるには、光ファイバーケーブルを操舵室に通し、デスクトップコンピューターの光ファイバーインターフェースとライト電源プラグに取り付けます。デスクトップコンピュータからフィールドデータ収集プログラムを起動します。ピラミッドに取り付けられ、ジャンクション ボックスに接続されているすべてのカメラが、自動的に接続済みとして表示されることを確認します。
各ステーションで画像をキャプチャしてデータを記録するには、ラップトップコンピューターからモバイルフィールドマッピングプログラムを起動し、マークツールを選択して、ターゲットアイコンをステーションにドラッグしてステーションに方位を提供します。サンプリングピラミッドをゆっくりと海底まで下げます。ステーションに到達し、船舶が停止した場合は、船舶の油圧レンチを使用してください。
ピラミッドを海底まで降下させている間に、エリアのショート ネーム ボックスをダブルクリックし、エリアの名前を入力します。「発射キャプテンカム」ボタンをクリックすると、油圧レンチコントロールの近くのモニターにカメラが表示されます viewsおよびその他の情報。ライトの電源をオンにした後、サンプリング ピラミッドが海底に着水したら、四角形データを取得します。
フィールドデータ収集プログラムで、「スタートステーション」をクリックしてビデオ録画を開始します。海底の鮮明なビューが表示されたら「スナップショットを撮る」をクリックし、「すべて保存」をクリックして、すべてのカメラビューから同時に静止画をキャプチャします。次に、[データベースへの書き込み]ボタンをクリックします。
デジタルスチルカメラの画像に写っているスカラップの数をスカラップカウントボックスに入力し、コメントボックスにコメントを入力します。「データベースへの書き込み」ボタンをクリックして、四角形に関するデータをフィールドデータベースの行として書き込みます。テキストプロトコルに詳述されているようにピラミッドを持ち上げ、フィールドデータ収集プログラムの「終了ステーション」をクリックしてビデオ録画を終了し、プログラムを次のステーションに進みます。
「プログラムの終了」ボタンをクリックしてプログラムを閉じます。最後に、モバイルフィールドマッピングプログラムの「キャプチャステーション」をクリックして、以前と同じようにステーションをマークします。テキストプロトコルで説明されているように、画像を取得したら、基板セクションに移動し、存在する基板タイプのボックスをクリックします。
大型底生動物を定量化するには、転立物セクションに存在する動物のボックスをクリックします。観察された各動物の数を反転カウントセクションに入力します。赤い「SC」ボタンをクリックして、画像内の各ホタテ貝に点在します。
「送信」ボタンをクリックして、画像に関するデータを行としてラボデータベースに書き込み、動物が点線で描かれた画像のコピーを作成します。次に、ラボデータ収集プログラムのプロファイルを画像チェックに変更します」エントリの精度を確認し、必要な変更を加えます。「送信」ボタンを選択して、デジタル化されたユーザーが送信した画像に関するデータを上書きし、画像をラボデータベースで品質管理されたものとしてマークします。
画像で観察されたホタテ貝を測定するには、画像アノテータープログラムで線注釈を選択し、ホタテ貝の貝殻の裾から貝殻の上部まで線を引きます。画像内のすべての測定可能なスカラップについて、この手順を繰り返します。「ファイルを選択し、注釈を保存」して、テキストプロトコルで説明されているようにデータ分析を実行する前に、測定値のスプレッドシートを作成します。
ここには、完全に注釈が付けられた調査画像の代表的な結果が示されています。アノテータープログラムは、各色のすべてのドットをカウントし、画像内のこれらの動物の数を定量化します。各スカラップの線は、umboからシェルの前面まで伸びており、プログラムによって測定され、スカラップシェルの高さを推定します。
米国大西洋岸ホタテ貝漁業では、ホタテ貝の面積管理シミュレーターモデルを使用して、ホタテ貝の個体数と水揚げ量を予測しています。ジョージア州の銀行にあるこのモデルの各ゾーンは、関心のあるエリアでした。各画像のホタテ貝を数えて測定すると、関心のある各領域の密度とサイズの推定が行われます。
また、ホタテ貝、ホタテ貝の稚魚、収穫可能なサイズのホタテ貝類について、エリアごとに分布図を作成しています。調査からの推定値とホタテ貝殻の高さと肉の重量の関係を使用して、各ホタテ貝エリア管理シミュレータモデルゾーンの合計および利用可能なホタテ貝バイオマスの推定値を作成します。この表には、ホタテ貝肉の平均重量(グラム)、ホタテ貝の総重量(メートルトン)、標準誤差(メートルトン)が含まれています。
この技術の開発後、この技術は、漁業科学の分野の研究者が漁業と協力して、米国の大陸棚のホタテ貝の豊富さと分布を調査する道を開きました。このビデオを見れば、海上での画像撮影方法、画像内のデータの定量化方法、漁業管理を支えるデータプロダクトの作成方法について、十分に理解できるはずです。この手順に続いて、ホタテ貝以外の基質や他の動物に関するデータが収集され、生息地の好みや捕食者の獲物との関係などの追加の質問に答えるために使用できます。
海上での作業は非常に危険である可能性があり、この手順を実行する際には、海上での安全訓練や経験豊富な乗組員との作業などの予防措置を常に講じる必要があることを忘れないでください。
概要
この記事では、アトランティックシースカーロップ（Placopecten magellanicus）の個体数と分布を推定するためのドロップカメラ調査のプロトコルを提示します。この方法は非侵襲的で、他の底生マクロ無脊椎動物にも適応可能です。
主要な研究要素
科学分野
- 海洋生態学
- 海洋生物学
- 調査方法論
背景
- 技術の進歩により、水中イメージングがより身近になりました。
- 画像ベースの調査は従来の方法と比較して侵襲性が低くなっています。
- プロトコルは対象種と調査目標に基づいて異なります。
- この方法は種の個体数と生息地の関連性に関する生態学的質問に答えるのに役立ちます。
研究目的
- ドロップカメラ調査の標準化されたプロトコルを開発すること。
- アトランティックシースカーロップの個体数と分布を推定すること。
- 他の底生マクロ無脊椎動物にも適用可能な枠組みを提供すること。
使用した方法
- 漁船上での水中イメージング機器のセットアップ。
- データ収集のためのモバイルフィールドマッピングプログラムの使用。
- 様々なサンプリングステーションで画像の撮影とデータの記録。
- 画像分析ソフトウェアを用いてスカーロップの密度とサイズを定量化。
主要な結果
- スカーロップ個体群の画像とデータの成功的な撮影。
- 異なる区域におけるスカーロップの生物量と分布の推定。
- 様々なスカーロップサイズの分布図の作成。
- 漁業管理の改善のための漁業界との協力。
結論
- ドロップカメラ調査法は非侵襲的な海洋サンプリングに効果的です。
- 結果はスカーロップ個体群のより良い理解に貢献します。
- このプロトコルは他の種や環境にも適応可能です。
よくある質問
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.
