Name: 강변 거대 무척추 동물의 군집 크기 구조를 결정하기위한 자동 이미지 처리 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-01-13T12:50:00.000+00:00
Duration: 8 min 56 s
Description: 학습하세요 강변 거대 무척추 동물의 자동 이미지 처리 방법을 통해 개체 크기 분포를 약 1시간 내에 효율적으로 분석하는 기술을. 이 표준화된 프로토콜은 민물 생태계 건강 평가에 활용됩니다.

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이 작업은 스페인 과학 혁신 및 대학부(보조금 번호 RTI2018-095363-B-I00)의 지원을 받았습니다. CERM-UVic-UCC 회원인 Èlia Bretxa, Anna Costarrosa, Laia Jiménez, María Isabel González, Marta Jutglar, Francesc Llach 및 Núria Sellarès에게 거대 무척추동물 현장 샘플링 및 실험실 분류 작업과 샘플 스캐닝에 협력한 David Albesa에게 감사드립니다. 마지막으로 Josep Maria Gili와 Institut de Ciències del Mar (ICM-CSIC)에 실험실 시설 및 스캐너 장치 사용에 감사드립니다.

<ol><li>Birk, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three+hundred+ways+to+assess+Europe%27s+surface+waters%3A+An+almost+complete+overview+of+biological+methods+to+implement+the+Water+Framework+Directive%5BTitle%5D)+AND+%22Ecological+Indicators%22%5BJournal%5D)">Three hundred ways to assess Europe's surface waters: An almost complete overview of biological methods to implement the Water Framework Directive.</a> Ecological Indicators. 18, 31-41 (2012).</li>
<li>Basset, A., Sangiorgio, F., Pinna, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Monitoring+with+benthic+macroinvertebrates%3A+advantages+and+disadvantages+of+body+size+descriptors%5BTitle%5D)+AND+%22Aquatic+Conservation%3A+Marine+and+Freshwater+Ecosystems%22%5BJournal%5D)">Monitoring with benthic macroinvertebrates: advantages and disadvantages of body size descriptors.</a> Aquatic Conservation: Marine and Freshwater Ecosystems. 14, S43-S58 (2004).</li>
<li>Reyjol, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessing+the+ecological+status+in+the+context+of+the+European+Water+Framework+Directive%3A+Where+do+we+go+now%5BTitle%5D)+AND+%22Science+of+the+Total+Environment%22%5BJournal%5D)">Assessing the ecological status in the context of the European Water Framework Directive: Where do we go now.</a> Science of the Total Environment. 497-498, 332-344 (2014).</li>
<li>Brown, J. H., Gillooly, J. F., Allen, A. P., Savage, V. M., West, G. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Toward+a+metabolic+theory+of+ecology%5BTitle%5D)+AND+%22Ecology%22%5BJournal%5D)">Toward a metabolic theory of ecology.</a> Ecology. 85 (7), 1771-1789 (2004).</li>
<li>Woodward, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Body+size+in+ecological+networks%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+in+Ecology+%26+Evolution%22%5BJournal%5D)">Body size in ecological networks.</a> Trends in Ecology & Evolution. 20 (7), 402-409 (2005).</li>
<li>Sprules, W. G., Barth, L. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surfing+the+biomass+size+spectrum%3A+Some+remarks+on+history%2C+theory%2C+and+application%5BTitle%5D)+AND+%22Canadian+Journal+of+Fisheries+and+Aquatic+Sciences%22%5BJournal%5D)">Surfing the biomass size spectrum: Some remarks on history, theory, and application.</a> Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 73 (4), 477-495 (2016).</li>
<li>White, E. P., Ernest, S. K. M., Kerkhoff, A. J., Enquist, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Relationships+between+body+size+and+abundance+in+ecology%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+in+Ecology+%26+Evolution%22%5BJournal%5D)">Relationships between body size and abundance in ecology.</a> Trends in Ecology & Evolution. 22 (6), 323-330 (2007).</li>
<li>Quintana, X. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+nonparametric+method+for+the+measurement+of+size+diversity+with+emphasis+on+data+standardization%5BTitle%5D)+AND+%22Limnology+and+Oceanography+-+Methods%22%5BJournal%5D)">A nonparametric method for the measurement of size diversity with emphasis on data standardization.</a> Limnology and Oceanography - Methods. 6 (1), 75-86 (2008).</li>
<li>Blanchard, J. L., Heneghan, R. F., Everett, J. D., Trebilco, R., Richardson, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((From+bacteria+to+whales%3A+Using+functional+size+spectra+to+model+marine+ecosystems%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+in+Ecology+%26+Evolution%22%5BJournal%5D)">From bacteria to whales: Using functional size spectra to model marine ecosystems.</a> Trends in Ecology & Evolution. 32 (3), 174-186 (2017).</li>
<li>Petchey, O. L., Belgrano, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Body-size+distributions+and+size-spectra%3A+Universal+indicators+of+ecological+status%5BTitle%5D)+AND+%22Biology+Letters%22%5BJournal%5D)">Body-size distributions and size-spectra: Universal indicators of ecological status.</a> Biology Letters. 6 (4), 434-437 (2010).</li>
<li>Emmrich, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Geographical+patterns+in+the+body-size+structure+of+European+lake+fish+assemblages+along+abiotic+and+biotic+gradients%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biogeography%22%5BJournal%5D)">Geographical patterns in the body-size structure of European lake fish assemblages along abiotic and biotic gradients.</a> Journal of Biogeography. 41 (12), 2221-2233 (2014).</li>
<li>Arranz, I., Brucet, S., Bartrons, M., García-Comas, C., Benejam, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fish+size+spectra+are+affected+by+nutrient+concentration+and+relative+abundance+of+non-native+species+across+streams+on+the+NE+Iberian+Peninsula%5BTitle%5D)+AND+%22Science+of+the+Total+Environment%22%5BJournal%5D)">Fish size spectra are affected by nutrient concentration and relative abundance of non-native species across streams on the NE Iberian Peninsula.</a> Science of the Total Environment. 795, 148792(2021).</li>
<li>Vila-Martínez, N., Caiola, N., Ibáñez, C., Benejam, L. l, Brucet, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Normalized+abundance+spectra+of+the+fish+community+reflect+hydropeaking+on+a+Mediterranean+large+river%5BTitle%5D)+AND+%22Ecological+Indicators%22%5BJournal%5D)">Normalized abundance spectra of the fish community reflect hydropeaking on a Mediterranean large river.</a> Ecological Indicators. 97, 280-289 (2019).</li>
<li>Benejam, L. l, Tobes, I., Brucet, S., Miranda, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Size+spectra+and+other+size-related+variables+of+river+fish+communities%3A+systematic+changes+along+the+altitudinal+gradient+on+pristine+Andean+streams%5BTitle%5D)+AND+%22Ecological+Indicators%22%5BJournal%5D)">Size spectra and other size-related variables of river fish communities: systematic changes along the altitudinal gradient on pristine Andean streams.</a> Ecological Indicators. 90, 366-378 (2018).</li>
<li>Sutton, I. A., Jones, N. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measures+of+fish+community+size+structure+as+indicators+for+stream+monitoring+programs%5BTitle%5D)+AND+%22Canadian+Journal+of+Fisheries+and+Aquatic+Sciences%22%5BJournal%5D)">Measures of fish community size structure as indicators for stream monitoring programs.</a> Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 77 (5), 824-835 (2019).</li>
<li>Murry, B. A., Farrell, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Resistance+of+the+size+structure+of+the+fish+community+to+ecological+perturbations+in+a+large+river+ecosystem%5BTitle%5D)+AND+%22Freshwater+Biology%22%5BJournal%5D)">Resistance of the size structure of the fish community to ecological perturbations in a large river ecosystem.</a> Freshwater Biology. 59, 155-167 (2014).</li>
<li>Townsend, C. R., Thompson, R. M. Body size in streams: Macroinvertebrate community size composition along natural and human-induced environmental gradients. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aTownsend%2C+CR+%22In+Body+Size%3A+The+Structure+and+Function+of+Aquatic+Ecosystems%22">In Body Size: The Structure and Function of Aquatic Ecosystems</a>. Hildrew, A. G., Raffaelli, D. G., Edmonds-Brown, R. , Cambridge University Press. Cambridge, UK. (2007).</li>
<li>Gjoni, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Patterns+of+functional+diversity+of+macroinvertebrates+across+three+aquatic+ecosystem+types%2C+NE+Mediterranean%5BTitle%5D)+AND+%22Mediterranean+Marine+Science%22%5BJournal%5D)">Patterns of functional diversity of macroinvertebrates across three aquatic ecosystem types, NE Mediterranean.</a> Mediterranean Marine Science. 20 (4), 703-717 (2019).</li>
<li>Pomeranz, J. P. F., Warburton, H. J., Harding, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anthropogenic+mining+alters+macroinvertebrate+size+spectra+in+streams%5BTitle%5D)+AND+%22Freshwater+Biology%22%5BJournal%5D)">Anthropogenic mining alters macroinvertebrate size spectra in streams.</a> Freshwater Biology. 64 (1), 81-92 (2019).</li>
<li>García-Girón, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anthropogenic+land-use+impacts+on+the+size+structure+of+macroinvertebrate+assemblages+are+jointly+modulated+by+local+conditions+and+spatial+processes%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Research%22%5BJournal%5D)">Anthropogenic land-use impacts on the size structure of macroinvertebrate assemblages are jointly modulated by local conditions and spatial processes.</a> Environmental Research. 204, 112055(2022).</li>
<li>Demi, L. M., Benstead, J. P., Rosemond, A. D., Maerz, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+N+and+P+additions+alter+stream+macroinvertebrate+community+composition+via+taxon-level+responses+to+shifts+in+detrital+resource+stoichiometry%5BTitle%5D)+AND+%22Functional+Ecology%22%5BJournal%5D)">Experimental N and P additions alter stream macroinvertebrate community composition via taxon-level responses to shifts in detrital resource stoichiometry.</a> Functional Ecology. 33 (5), 855-867 (2019).</li>
<li>Basset, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+benthic+macroinvertebrate+size+spectra+index+for+implementing+the+Water+Framework+Directive+in+coastal+lagoons+in+Mediterranean+and+Black+Sea+ecoregions%5BTitle%5D)+AND+%22Ecological+Indicators%22%5BJournal%5D)">A benthic macroinvertebrate size spectra index for implementing the Water Framework Directive in coastal lagoons in Mediterranean and Black Sea ecoregions.</a> Ecological Indicators. 12 (1), 72-83 (2012).</li>
<li>Ärje, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automatic+image-based+identification+and+biomass+estimation+of+invertebrates%5BTitle%5D)+AND+%22Methods+in+Ecology+and+Evolution%22%5BJournal%5D)">Automatic image-based identification and biomass estimation of invertebrates.</a> Methods in Ecology and Evolution. 11 (8), 922-931 (2020).</li>
<li>Raitoharju, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Benchmark+database+for+fine-grained+image+classification+of+benthic+macroinvertebrates%5BTitle%5D)+AND+%22Image+and+Vision+Computing%22%5BJournal%5D)">Benchmark database for fine-grained image classification of benthic macroinvertebrates.</a> Image and Vision Computing. 78, 73-83 (2018).</li>
<li>Lytle, D. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+processing+and+identification+of+benthic+invertebrate+samples%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+North+American+Benthological+Society%22%5BJournal%5D)">Automated processing and identification of benthic invertebrate samples.</a> Journal of the North American Benthological Society. 29 (3), 867-874 (2010).</li>
<li>Serna, J. P., Fernández, D. S., Vélez, F. J., Aguirre, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+image+processing+method+for+recognition+of+four+aquatic+macroinvertebrates+genera+in+freshwater+environments+in+the+Andean+region+of+Colombia%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Monitoring+and+Assessment%22%5BJournal%5D)">An image processing method for recognition of four aquatic macroinvertebrates genera in freshwater environments in the Andean region of Colombia.</a> Environmental Monitoring and Assessment. 192, 617(2020).</li>
<li>Gorsky, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Digital+zooplankton+image+analysis+using+the+ZooScan+integrated+system%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Plankton+Research%22%5BJournal%5D)">Digital zooplankton image analysis using the ZooScan integrated system.</a> Journal of Plankton Research. 32 (3), 285-303 (2010).</li>
<li>Marcolin, C. R., Schultes, S., Jackson, G. A., Lopes, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plankton+and+seston+size+spectra+estimated+by+the+LOPC+and+ZooScan+in+the+Abrolhos+Bank+ecosystem+%28SE+Atlantic%29%5BTitle%5D)+AND+%22Continental+Shelf+Research%22%5BJournal%5D)">Plankton and seston size spectra estimated by the LOPC and ZooScan in the Abrolhos Bank ecosystem (SE Atlantic).</a> Continental Shelf Research. 70, 74-87 (2013).</li>
<li>Silva, N., Marcolin, C. R., Schwamborn, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Using+image+analysis+to+assess+the+contributions+of+plankton+and+particles+to+tropical+coastal+ecosystems%5BTitle%5D)+AND+%22Estuarine%2C+Coast+and+Shelf+Science%22%5BJournal%5D)">Using image analysis to assess the contributions of plankton and particles to tropical coastal ecosystems.</a> Estuarine, Coast and Shelf Science. 219, 252-261 (2019).</li>
<li>Vandromme, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessing+biases+in+computing+size+spectra+of+automatically+classified+zooplankton+from+imaging+systems%3A+A+case+study+with+the+ZooScan+integrated+system%5BTitle%5D)+AND+%22Methods+in+Oceanography%22%5BJournal%5D)">Assessing biases in computing size spectra of automatically classified zooplankton from imaging systems: A case study with the ZooScan integrated system.</a> Methods in Oceanography. 1-2, 3-21 (2012).</li>
<li>Naito, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+zooplankton+size+and+taxonomic+composition+in+Bowdoin+Fjord%2C+north-western+Greenland%3A+A+comparison+of+ZooScan%2C+OPC+and+microscopic+analyses%5BTitle%5D)+AND+%22Polar+Science%22%5BJournal%5D)">Surface zooplankton size and taxonomic composition in Bowdoin Fjord, north-western Greenland: A comparison of ZooScan, OPC and microscopic analyses.</a> Polar Science. 19, 120-129 (2019).</li>
<li>García-Comas, C., Picheral, E. Zooprocess/Plankton Identifier protocol for computer assisted zooplankton sorting. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://manualzz.com/doc/43116355/zooprocess—plankton-identifier-protocol-for">https://manualzz.com/doc/43116355/zooprocess—plankton-identifier-protocol-for</a> (2013).</li>
<li>Picheral, E. ZooSCAN: Manual to scan and process samples. Quantitative Imaging Platform of Villefranche sur Mer (PlQv). , Available from: 
 <a target="_blank" href="http://www.hydroptic.com/assets/uploads/files/documentations/ae4e0-zooscan_user_manual.pdf">http://www.hydroptic.com/assets/uploads/files/documentations/ae4e0-zooscan_user_manual.pdf</a> (2020).</li>
<li>Protocolo de muestreo y laboratorio de fauna bentónica de invertebrados en ríos vadeables. CÓDIGO: ML-Rv-I-2013. Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://www.miteco.gob.es/es/agua/temas/estado-y-calidad-de-las-aguas/ML-Rv-I-2013_Muestreo%20y%20laboratorio_Fauna%20bent%C3%B3nica%20de%20de%20invertebrado_%20R%C3%Ados%20vadeables_24_05_2013_tcm30-175284.pdf">https://www.miteco.gob.es/es/agua/temas/estado-y-calidad-de-las-aguas/ML-Rv-I-2013_Muestreo%20y%20laboratorio_Fauna%20bent%C3%B3nica%20de%20de%20invertebrado_%20R%C3%Ados%20vadeables_24_05_2013_tcm30-175284.pdf</a> (2013).</li>
<li>García-Comas, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Prey+size+diversity+hinders+biomass+trophic+transfer+and+predator+size+diversity+promotes+it+in+planktonic+communities%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+Royal+Society+Biological+Sciences%22%5BJournal%5D)">Prey size diversity hinders biomass trophic transfer and predator size diversity promotes it in planktonic communities.</a> Proceedings of the Royal Society Biological Sciences. 283 (1824), 20152129(2016).</li>
<li>García-Comas, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mesozooplankton+size+structure+in+response+to+environmental+conditions+in+the+East+China+Sea%3A+How+much+does+size+spectra+theory+fit+empirical+data+of+a+dynamic+coastal+area%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+Oceanography%22%5BJournal%5D)">Mesozooplankton size structure in response to environmental conditions in the East China Sea: How much does size spectra theory fit empirical data of a dynamic coastal area.</a> Progress in Oceanography. 121, 141-157 (2014).</li>
<li>Marquina, D., Buczek, M., Ronquist, F., Lukasik, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+ethanol+concentration+on+the+morphological+and+molecular+preservation+of+insects+for+biodiversity+studies%5BTitle%5D)+AND+%22PeerJ%22%5BJournal%5D)">The effect of ethanol concentration on the morphological and molecular preservation of insects for biodiversity studies.</a> PeerJ. 9, 10799(2021).</li>
<li>Bell, J. L., Hopcroft, R. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+of+ZooImage+as+a+tool+for+the+classification+of+zooplankton%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Plankton+Research%22%5BJournal%5D)">Assessment of ZooImage as a tool for the classification of zooplankton.</a> Journal of Plankton Research. 30 (12), 1351-1367 (2008).</li>
<li>Colas, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+ZooCAM%2C+a+new+in-flow+imaging+system+for+fast+onboard+counting%2C+sizing+and+classification+of+fish+eggs+and+metazooplankton%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+Oceanography%22%5BJournal%5D)">The ZooCAM, a new in-flow imaging system for fast onboard counting, sizing and classification of fish eggs and metazooplankton.</a> Progress in Oceanography. 166, 54-65 (2018).</li>
<li>Bachiller, E., Fernandes, J. A., Irigoien, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improving+semiautomated+zooplankton+classification+using+an+internal+control+and+different+imaging+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Limnology+and+Oceanography+Methods%22%5BJournal%5D)">Improving semiautomated zooplankton classification using an internal control and different imaging devices.</a> Limnology and Oceanography Methods. 10 (1), 1-9 (2012).</li>
</ol>

저자는 잠재적 인 경쟁 이익이 없다고 선언합니다.

강변 거대 무척추 동물에 대한 Gorsky et al. 2010에 의해 설명 된 방법론의 적용은 담수 거대 무척추 동물의 공동체 크기 구조를 추정 할 때 높은 분류 정확도를 허용합니다. 결과는 프로토콜이 샘플에서 개별 크기 구조를 추정하는 시간을 약 1시간으로 줄일 수 있음을 시사합니다. 따라서, 제안 된 프로토콜은 담수 생태계에서 섭동의 영향을 평가하기위한 빠르고 통합 된 생물학적 지표로서 거대 무척추 동물 크기 스펙트럼의 일상적인 사용을 촉진하기위한 것이다. 거대 무척추 동물 크기 스펙트럼은 이미 해안 석호22의 생태 상태를 평가하기위한 성공적인 지표로 사용되었습니다. 프로토콜의 개발로 무척추 동물에 대한 집중적 인 조사를 수행하여 대규모 공간 및 시간 규모를 포괄하는 현장 모니터링 캠페인을 가능하게합니다.
이 프로토콜의 목적은 분류법을 무시하고 샘플링된 커뮤니티의 개별 크기 분포를 빠르게 얻는 것이므로 여기에서 제안한 것과 같은 간...

저서 거대 무척추 동물은 수역의 생태 상태를 결정하기위한 생물학적 지표로 널리 사용됩니다1. 거대 무척추 동물 군집을 설명하는 대부분의 지표는 분류 학적 메트릭에 중점을 둡니다. 그러나 신체 크기를 통합하는 새로운 생물학적 평가 도구는 분류 학적 접근법 2,3에 대한 대안 또는 보완적인 관점을 제공하는 것이 좋습니다.
신체 크기는 신진 대사, 성장, 호흡 및 운동과 같은 다른 중요한 특성과 관련된 메타 특성으로 간주됩니다4. 또한, 신체 크기는 영양 위치와 상호 작용을 결정할 수 있습니다5. 공동체의 크기 등급에 의한 개별 신체 크기와 정규화 된 바이오 매스 (또는 풍부) 사이의 관계는 크기 스펙트럼6 으로 정의되며 개별 크기가 로그 스케일7에서 증가함에 따라 정규화 된 바이오 매스의 선형 감소의 일반적인 패턴을 따릅니다. 이 선형 관계의 기울기는 이론적으로 광범위하게 연구되어 왔으며 생태계 전반에 걸친 경험적 연구는이를 공동체 규모 구조의 생태 학적 지표로 사용했습니다4. 생물 다양성 - 생태계 기능 연구에서 성공적으로 사용 된 공동체 크기 구조의 또 다른 합성 지표는 공동체 크기 다양성이며, 이는 크기 스펙트럼 또는 그 유사체의 크기 등급의 섀넌 지수로 표현되며, 이는 개별 크기 분포8를 기반으로 계산됩니다.
담수 생태계에서 서로 다른 동물 그룹의 크기 구조는 환경 구배 9,10,11 및 인위적 섭동 12,13,14,15,16에 대한 생물 공동체의 반응을 평가하기위한 운동 실조 지표로 사용됩니다. 거대 무척추 동물도 예외는 아니며, 그 크기 구조는 환경 변화17,18 및 채광 19, 토지 이용 20 또는 질소 (N) 및 인 (P) 농축20,21,22와 같은 인위적 섭동에도 반응합니다. 그러나 커뮤니티 규모 구조를 설명하기 위해 수백 명의 개인을 측정하는 것은 지루하고 시간이 많이 소요되는 작업이며 시간 부족으로 인해 실험실에서 일상적인 측정으로 피하는 경우가 많습니다. 따라서, 표본을 분류하고 측정하기 위한 여러 반자동 또는 자동 이미징 방법이 개발되었다 23,24,25,26. 그러나 이러한 방법의 대부분은 유기체의 개별 크기보다 분류 학적 분류에 중점을두고 있으며 모든 종류의 거대 무척추 동물에 사용할 준비가되어 있지 않습니다. 해양 플랑크톤 생태학에서, 스캐닝 이미지 분석 시스템은 동물성 플랑크톤 군집27,28,29,30,31의 크기 및 분류 학적 구성을 결정하기 위해 광범위하게 사용되었다. 이 기기는 전 세계 여러 해양 연구소에서 찾을 수 있으며 보존된 동물성 플랑크톤 샘플을 스캔하여 전체 샘플의 고해상도 디지털 이미지를 얻는 데 사용됩니다. 본 프로토콜은 새로운 장치를 만드는 데 투자하지 않고 강에서 거대 무척추 동물 군집 크기 스펙트럼을 신속하게 자동 추정하기 위해이 기기의 사용을 조정합니다.
프로토콜은 샘플을 스캔하고 전체 이미지를 처리하여 샘플에 있는 물체의 단일 이미지(즉, 비네트)를 자동으로 얻는 것으로 구성됩니다. 모양, 크기 및 그레이 레벨 피처의 여러 측정값은 각 개체의 특성을 지정하고 개체를 범주로 자동 분류한 다음 전문가가 검증할 수 있도록 합니다. 각 유기체의 개별 크기는 픽셀 단위로 측정 된 유기체의 면적에서 파생 된 타원체 생물량 (mm3)을 사용하여 계산됩니다. 이를 통해 샘플의 크기 스펙트럼을 신속하게 얻을 수 있습니다. 우리가 아는 한,이 스캐닝 이미징 시스템은 메조 동물성 플랑크톤 샘플을 처리하는 데만 사용되었지만이 장치는 잠재적으로 담수 저서 거대 무척추 동물과 함께 작업 할 수 있습니다.
따라서이 연구의 전반적인 목표는 이전에 해양 메조 동물성 플랑크톤 27,32,33과 함께 사용 된 기존 프로토콜을 적용하여 보존 된 강 거대 무척추 동물의 개별 크기를 신속하게 얻는 방법을 도입하는 것입니다. 절차는 물 샘플을 스캔하기 위해 스캐닝 장치와 스캔한 이미지를 처리하기 위한 3개의 개방형 소프트웨어로 작동하는 반자동 접근 방식을 사용하는 것으로 구성됩니다. 커뮤니티 크기 구조 및 관련 크기 메트릭을 자동으로 획득하기 위해 디지털화된 강 거대 무척추동물을 스캔, 감지 및 식별하는 적응된 프로토콜이 여기에 제시됩니다. 효율성을 높이기위한 절차 및 지침에 대한 평가는 북동부 (NE) 이베리아 반도 (Ter, Segre-Ebre 및 Besòs)의 3 개 분지에서 수집 한 강변 거대 무척추 동물 샘플의 42 스캔 이미지를 기반으로 제공됩니다.
샘플은 스페인 정부 100의 건너 가능한 강에서 저서 강 거대 무척추 동물의 현장 샘플링 및 실험실 분석을위한 프로토콜에 따라34m 강 뻗기에서 수집되었습니다. 샘플은 다중 서식지 조사 후 서버 샘플러(프레임: 0.3m x 0.3m, 메쉬: 250μm)로 수집되었습니다. 실험실에서 샘플을 5mm 및 500μm 메쉬를 통해 세척하고 체질하여 두 개의 하위 샘플을 얻었습니다 : 거친 하위 샘플 (5mm 메쉬)과 미세 하위 샘플 (500μm 메쉬), 별도의 바이알에 보관하고 70 % 에탄올에 보존했습니다. 샘플을 두 개의 크기 분수로 분리하면 큰 유기체가 작은 유기체보다 희귀하고 적기 때문에 군집 크기 구조를 더 잘 추정할 수 있습니다. 그렇지 않으면 스캔된 샘플은 큰 크기 분율의 편향된 표현을 갖습니다.

<table><tbody><tr><td>Beaker</td><td>Labbox</td><td></td><td>다른 용기는</td></tr><tr><td>Dionized water</td><td>Icopresa</td>를 사용할 수 있습니다<td>. 8420239600123</td><td>에탄올 퍼널을 희석하려면</td></tr><tr><td></td><td>Vitlab</td><td>41094</td><td></td></tr><tr><td>유리 바이알 8 ml</td><td>Labbox</td><td>SVSN-C10-195</td><td>1 바이알/서브샘플</td></tr><tr><td>ImageJ 소프트웨어&nbsp;</td><td>무료 액세스</td><td></td><td>버전 4.41o/ 이미지 처리 소프트웨어</td></tr><tr><td>대형 프레임</td><td>수산</td><td>&nbsp; ZooScan 제공</td><td>24.5 cm x 15.8 cm</td></tr><tr><td>Monalcol 96 (Ethanol 96)</td><td>Montplet</td><td>1050JE001</td><td></td></tr><tr><td>플랑크톤 식별자 소프트웨어</td><td>무료 액세스</td><td></td><td>버전 1.2.6/ 자동 식별 소프트웨어</td></tr><tr><td>Sieve</td><td>Cisa</td><td>26852.2</td><td>공칭 조리개 500&micro; 및 공칭 조리개 0,5 cm</td></tr><tr><td>핀셋</td><td>Bondline</td><td>B5SA</td><td>스테인리스, 항자성, 항산성</td></tr><tr><td>VueScan 9 x 64 (9.5.09) 소프트웨어</td><td>수경화</td><td></td><td>버전 9.0.51/ Sacn 소프트웨어</td></tr><tr><td>나무 바늘</td><td></td><td></td><td>어떤 플라스틱이나 나무 바늘도 사용할 수 있습니다</td></tr>. <tr><td>Zooprocess 소프트웨어&nbsp;</td><td>무료 액세스</td><td></td><td>버전 7.14/이미지 처리 소프트웨어</td></tr><tr><td>ZooScan&nbsp;</td><td>Hydroptic</td><td>54</td><td>버전 III/ 스캐너</td></tr></tbody></table>

강변 거대 무척추 동물의 군집 크기 구조를 결정하기위한 자동 이미지 처리

Automatic Image Processing to Determine the Community Size Structure of Riverine Macroinvertebrates

신체 크기는 자연 공동체에서 섭동의 영향을 평가하기위한 생물학적 지표로 사용될 수있는 중요한 기능적 특성입니다. 공동체 크기 구조는 분류군과 생태계 전반에 걸친 인위적 섭동을 포함하여 생물학적 및 비 생물 적 구배에 반응합니다. 그러나 저서 거대 무척추 동물과 같은 작은 몸체의 유기체 (예 : >500 μm에서 수 센티미터 길이)의 수동 측정은 시간이 많이 걸립니다. 공동체 규모 구조의 추정을 촉진하기 위해 여기에서는 담수 생태계의 생태 상태를 평가하는 데 가장 일반적으로 사용되는 생물학적 지표 중 하나 인 보존 된 강 거대 무척추 동물의 개별 신체 크기를 반자동으로 측정하는 프로토콜을 개발했습니다. 이 프로토콜은 물 샘플용으로 설계된 스캐닝 시스템으로 해양 메조동물성 플랑크톤을 스캔하기 위해 개발된 기존 방법론에서 채택되었습니다. 프로토콜은 세 가지 주요 단계로 구성됩니다 : (1) 강 거대 무척추 동물의 하위 샘플 (미세하고 거친 샘플 크기 분율)을 스캔하고 디지털화 된 이미지를 처리하여 각 이미지에서 감지 된 각 물체를 개별화합니다. (2) 인공 지능을 통해 학습 세트를 생성, 평가 및 검증하여 스캔 된 샘플의 찌꺼기 및 인공물로부터 거대 무척추 동물의 개별 이미지를 반자동으로 분리합니다. (3) 거대 무척추 동물 군집의 크기 구조를 묘사합니다. 프로토콜 외에도 이 작업에는 보정 결과가 포함되며 거대 무척추 동물 샘플에 절차를 적용하고 추가 개선을 고려하기 위한 몇 가지 과제와 권장 사항을 열거합니다. 전반적으로이 결과는 강 거대 무척추 동물의 자동 신체 크기 측정을위한 제시된 스캐닝 시스템의 사용을 뒷받침하며 크기 스펙트럼의 묘사가 담수 생태계의 신속한 생물학적 평가를위한 귀중한 도구임을 시사합니다.

거대 무척추 동물 샘플의 디지털 이미지 수집 스캔 뉘앙스: 스캔 트레이에 에탄올 침착 거대 무척추 동물에 대한 시스템을 테스트하는 동안 여러 스캔의 품질이 좋지 않았습니다. 배경의 어두운 포화 영역은 이미지의 정상적인 처리와 거대 무척추 동물의 개별 크기 측정을 방해했습니다 (그림 2). 배경에 포화 영역이 나타나거나 고도로 픽셀 화 된 이미지가 나타나는 몇 가지 이유가 주어졌습니다 : (1) 스캔 트레이에 너무 많은 유기체가 존재; (2) 샘플에 더러움의 존재; (3) 샘플의 미리보기와 스캔 사이의 불충분한 지연; 또는 (4) 결로, 더러움 또는 수질 불량으로 인해 품질이 좋지 않은 배경 이미지를 이미지 처리에 사용하는행위 33. 거대 무척추 동물 군집 샘플에서 물 대신 에탄올을 사용하면 트레이에 침전이 발생하여 스캔 사이에 물로 제대로 헹구지 않으면 어두운 그...

이 기사는 반자동 이미징 절차를 사용하여 저서 강 거대 무척추 동물에 해당하는 디지털화 된 물체를 스캔, 감지, 정렬 및 식별하는 적응 된 프로토콜의 생성을 기반으로합니다. 이 절차를 통해 약 1 시간 내에 거대 무척추 동물 군집의 개별 크기 분포 및 크기 메트릭을 획득 할 수 있습니다.

Body size is an important functional trait that can be used as a bioindicator to assess the impacts of perturbations in natural communities. Community ...

신체 크기는 모니터링의 핵심 특성으로 우선 순위가 지정되었습니다. 그러나 개별 크기를 측정하는 것은 시간이 많이 걸립니다. 우리의 방법은 담수 생태계에 미치는 영향을 평가하기 위해 거대 무척추 동물 크기 스펙트럼을 일상적으로 사용할 수있게합니다.우리의 프로토콜은 약 한 시간 안에 샘플에서 강 거대 무척추 동물의 개별 크기 분포를 자동으로 결정하는 표준화 된 방법을 제공합니다. 절차를 시연하는 것은 빅 대학의 로사 구리가 될 것입니다. 시작하려면 스캐너를 켜십시오.그리고 이중 위치에서 조명을 켭니다. 상단과 하단에서 백색광을 투사합니다. 그런 다음 스캔 트레이를 청소하고 수돗물로 헹굽니다.블랭크를 만들려면 유리가 덮일 때까지 실온에서 110ml의 수돗물을 스캔 트레이에 붓습니다. 왼쪽 상단 모서리가 있는 스캔 트레이에 큰 프레임을 놓습니다. 그리고 스캔한 이미지를 변경하는 반월판 효과를 피하기 위해 프레임의 단계를 덮을 때까지 수돗물로 채웁니다.그런 다음 이미지 처리 소프트웨어를 열고 작업 프로젝트를 선택한 다음 스캔 변환 배경 이미지를 클릭합니다. 그런 다음 스캔 소프트웨어를 열고 미리보기를 클릭하십시오. 이미지에 선이나 점이 없는지 확인하고 스캔을 시작하기 전에 30초 이상 기다리십시오.그런 다음 두 번째 스캔 전에 지침 창에서 확인을 눌러 스캔 소프트웨어에서 이미지 처리 소프트웨어로 데이터를 전송합니다. 유리가 덮일 때까지 110ml의 70 % 에탄올을 스캔 트레이에 붓습니다. 그리고 큰 프레임을 놓습니다.그런 다음 거대 무척추 동물 샘플을 프레임 가장자리가있는 스캔 트레이에 붓고 필요한 경우 더 많은 에탄올로 덮습니다. 그런 다음 나무 바늘을 사용하여 프레임 영역 전체에 걸쳐 샘플을 균질화합니다. 적절한 이미지 처리를 위해 가장 큰 개인을 트레이 중앙에 배치합니다.그리고 떠 다니는 유기체를 가라 앉히십시오. 또한 클러스터 된 유기체를 분리하십시오. 그리고 프레임 가장자리에 닿는 유기체를 중앙으로 당깁니다.다음으로, 아카이브 없음 프로세스에 대한 zoo 스캔으로 샘플 스캔을 클릭하여 스캔을 진행합니다. 샘플을 선택하고 지침을 따릅니다. 스캔 소프트웨어에서 선이나 점이 없는지 이미지를 미리 봅니다.30초 후 스캔 소프트웨어에서 스캔 버튼을 클릭합니다. 그리고 원시 스캔 이미지가 올바른지 확인하십시오. 프레임을 제거하고 부착 된 거대 무척추 동물을 회수하기 위해 70 % 에탄올로 채워진 스퀴즈 병으로 스캔 트레이 위로 씻으십시오.스캐너의 윗부분을 들어 올려 스캔 검색 깔때기를 통해 모든 유기체와 에탄올을 비커로 검색합니다. 스캐너의 윗부분을 들어 올린 상태에서 스퀴즈 병으로 트레이를 청소하여 남아 있는 유기체를 따라 쓸어냅니다. 모든 표본을 회수 한 후 수돗물로 트레이를 청소하십시오.신원을 예측하려면 자동 식별 소프트웨어에서 데이터 분석을 클릭합니다. 학습 파일 선택에서 PID_Process을 찾은 다음 learning_set 선택하여 사용할 학습 세트 파일을 선택합니다. 그런 다음 샘플 파일 선택의 PID_results 폴더에서 예측할 샘플을 선택합니다.방법 선택에서 랜덤 포리스트 방법을 선택한 다음 각 샘플에 대한 자세한 결과 저장 버튼을 선택합니다. 원래 변수에서 위치 변수를 선택 취소합니다. 마지막으로 사용자 지정 변수에서 ESD만 선택합니다.분석 시작을 클릭하고 결과를 analysis_name로 저장합니다. PID_process 예측 폴더에 있는 txt입니다. 수동으로 검증하려면 분석 sample_dat_1 txt 파일을 PID_process 예측 폴더에서 PID_process PID_results 폴더로 복사합니다.이미지 처리 소프트웨어에서 예측 또는 검증에 따라 폴더에서 비네팅 추출을 선택합니다. 그런 다음 PID_results 폴더에서 사용 된 예측 파일을 선택하십시오. 그리고 기본 설정을 사용하면 확인을 누르면 새 폴더가 생성됩니다.이제 PID_process 정렬 된 비 네트 폴더로 이동하여 샘플 이름, 날짜 및 시간으로 명명 된 새로 생성 된 폴더를 복사하여 유효성을 검사합니다. 유효성을 검사할 폴더의 이름을 validated로 바꿉니다. 자동 분류의 유효성을 수동으로 검사하려면 이름이 바뀐 폴더 샘플 이름, 날짜 및 유효성이 검사된 시간을 엽니다.각 하위 폴더의 모든 비네팅을 검토하여 잘못 분류된 개체가 있는 경우 식별합니다. 개체가 잘못 분류되면 비네팅을 올바른 폴더로 끕니다. 다음으로, 정렬된 비네팅에서 로드 식별을 선택합니다.기본 설정을 유지하면서 처리 할 날짜, 시간, 이름이 확인 된 파일을 선택하십시오. 그런 다음 PID_process, PID_results 다음 dat1_validated로 이동하십시오. 그리고 날짜 및 시간 txt ID_from_sorted_vignettes 파일을 열어 각 개체의 전문가 분류를 지정하는 마지막 열, 예측, 검증된 ID, 날짜 및 시간이 생성되었는지 확인합니다.거대 무척추 동물에 대한 시스템을 테스트하는 동안 일부 스캔은 처리 된 이미지에서 품질이 좋지 않았습니다. 그럼에도 불구하고, 원시 및 처리 된 이미지의 스캔 품질이 좋은 훌륭한 하위 샘플은 묘사 된 것처럼 보입니다. 분석된 비네트 세트에서 86.1%는 파편에 해당합니다.찌꺼기, 섬유, 신체 부위 또는 스캐닝 인공물을 포함합니다. 그리고 나머지 13.9 % 검출 된 물체의 무척추 동물에 해당합니다. 자동 인식에 이어 객체의 수동 검증은 모든 범주에 대해 높은 재현율을 보였습니다.오염은 다른 무척추 동물을 제외하고는 다소 낮았습니다. 자동 대 검증 된 거대 무척추 동물 풍부도의 비교는 파편으로 인한 오염으로 인한 자동 성능에 의한 약간의 과대 평가와 높은 상관 관계를 보였다. 자동 예측의 개별 크기 분포의 확률 밀도 함수는 미세하고 거친 하위 표본에 대한 검증된 예측에서 강력하게 발생했습니다.선택된 자연 샘플에서 접촉하는 물체를 분리한 후 검증된 하위 샘플은 증가된 풍부함을 보여주었습니다. 그러나 평균 타원체 부피는 검증 된 샘플에 가깝습니다. 수정된 샘플의 크기 분포는 검증된 샘플과 약간 달랐습니다.그러나 강한 상관 관계가 관찰되었습니다. 정규화된 생체 부피 크기 스펙트럼은 처리 간에 유사하였다. 몇 가지 스펙트럼의 몇 가지 크기 클래스를 제외하고.만지는 장기를 분리하는 데 필요한 시간을 내어 미세 스캔을 얻고 침전을 피하기 위해 에탄올로 스캔할 때마다 이 스캔 트레이를 물로 청소하십시오. 우리는 플랑크톤에서 강 거대 무척추 동물에 대해 만들어진이 절차를 채택했습니다. 따라서 잠재적으로 다른 미세한 그룹의 개별 신체 크기를 얻도록 조정할 수 있습니다.예를 들어, 육상 무척추 동물. 이 방법을 사용하면 크고 특수하며 시간적 구배에 대한 거대 무척추 동물 군집 크기 구조를 체계적으로 추정 할 수 있습니다. 그리고 하천 생태계 기능 및 평가에서 신체 크기의 역할을 조사합니다.

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Research

연구

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Environment

환경

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