Automatische beeldverwerking om de gemeenschapsgroottestructuur van riverine macro-ongewervelde dieren te bepalen

Summary

Het artikel is gebaseerd op de creatie van een aangepast protocol voor het scannen, detecteren, sorteren en identificeren van gedigitaliseerde objecten die overeenkomen met benthische riviermabrieren met behulp van een semi-automatische beeldvormingsprocedure. Deze procedure maakt het mogelijk om de individuele grootteverdelingen en groottemetingen van een macro-ongewervelde gemeenschap in ongeveer 1 uur te verwerven.

Abstract

Lichaamsgrootte is een belangrijke functionele eigenschap die kan worden gebruikt als een bio-indicator om de effecten van verstoringen in natuurlijke gemeenschappen te beoordelen. De structuur van de gemeenschapsgrootte reageert op biotische en abiotische gradiënten, waaronder antropogene verstoringen in taxa en ecosystemen. De handmatige meting van kleine organismen zoals benthische macro-ongewervelde dieren (bijvoorbeeld >500 μm tot enkele centimeters lang) is echter tijdrovend. Om de schatting van de structuur van de gemeenschapsgrootte te versnellen, hebben we hier een protocol ontwikkeld om semi-automatisch de individuele lichaamsgrootte van geconserveerde riviermabrieren te meten, die een van de meest gebruikte bio-indicatoren zijn voor het beoordelen van de ecologische status van zoetwaterecosystemen. Dit protocol is aangepast aan een bestaande methodologie die is ontwikkeld om marien mesozooplankton te scannen met een scansysteem dat is ontworpen voor watermonsters. Het protocol bestaat uit drie hoofdstappen: (1) het scannen van subsamples (fijne en grove monstergroottefracties) van riviermacro-ongewervelde dieren en het verwerken van de gedigitaliseerde afbeeldingen om elk gedetecteerd object in elke afbeelding te individualiseren; (2) het creëren, evalueren en valideren van een leerset door middel van kunstmatige intelligentie om de individuele beelden van macro-ongewervelde dieren semi-automatisch te scheiden van afval en artefacten in de gescande monsters; en (3) het weergeven van de groottestructuur van de macro-ongewervelde gemeenschappen. Naast het protocol omvat dit werk de kalibratieresultaten en somt het verschillende uitdagingen en aanbevelingen op om de procedure aan te passen aan macro-ongewervelde monsters en om verdere verbeteringen te overwegen. Over het algemeen ondersteunen de resultaten het gebruik van het gepresenteerde scansysteem voor de automatische meting van de lichaamsgrootte van riviermacro-ongewervelde dieren en suggereren ze dat de weergave van hun groottespectrum een waardevol hulpmiddel is voor de snelle biobeoordeling van zoetwaterecosystemen.

Introduction

Benthische macro-ongewervelde dieren worden op grote schaal gebruikt als bio-indicatoren om de ecologische toestand van waterlichamen te bepalen¹. De meeste indices om macro-ongewervelde gemeenschappen te beschrijven, richten zich op taxonomische statistieken. Nieuwe biobeoordelingsinstrumenten die lichaamsgrootte integreren, worden echter aangemoedigd om een alternatief of complementair perspectief te bieden aan taxonomische benaderingen ^2,3.

Lichaamsgrootte wordt beschouwd als een metatrait die gerelateerd is aan andere vitale eigenschappen zoals metabolism....

Protocol

OPMERKING: Het hier beschreven protocol is gebaseerd op het systeem ontwikkeld door Gorsky et ^al.27 voor marien mesozoöplankton. Een specifieke beschrijving van de stappen van de scanner (ZooSCAN), scansoftware (VueScan 9x64 [9.5.09]), beeldverwerkingssoftware (Zooprocess, ImageJ) en automatische identificatiesoftware (Plankton Identifier) is te vinden in eerdere referenties^32,33. Om de grootte van de benthische macro-ongewervelde dieren ten opzichte van het mesozooplankton het beste aan te passen, wijzigt u, zodra het project is gemaakt volgens het oorspronkelijke protocol

Results

Verwerving van digitale beelden van macro-ongewervelde monsters
Scannuances: Ethanolafzetting in de scanlade
Tijdens het testen van het systeem op macro-ongewervelde dieren waren verschillende scans van slechte kwaliteit. Een donker verzadigd gebied op de achtergrond verhinderde een normale verwerking van het beeld en de meting van de individuele groottes van de macro-ongewervelde dieren (figuur 2). Er zijn verschillende redenen gegeven voor het versch.......

Discussion

De aanpassing van de methodologie beschreven door Gorsky et al. 2010 voor riviermacro-ongewervelde dieren maakt een hoge classificatienauwkeurigheid mogelijk bij het schatten van de structuur van de gemeenschapsgrootte in zoetwatermabrieren. De resultaten suggereren dat het protocol de tijd voor het schatten van de individuele groottestructuur in een steekproef kan verkorten tot ongeveer 1 uur. Het voorgestelde protocol is dus bedoeld om het routinematige gebruik van macro-ongewervelde groottespectra te bevorderen als ee.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Beaker	Labbox		Other containers could be used
Dionized water	Icopresa	8420239600123	To dilute the ethanol
Funnel	Vitlab	41094
Glass vials 8 ml	Labbox	SVSN-C10-195	1 vial/subsample
ImageJ Software	Free access		Version 4.41o/ Image processing software
Large frame	Hydroptic	Provided by ZooScan	24.5 cm x 15.8 cm
Monalcol 96 (Ethanol 96)	Montplet	1050JE001
Plankton Identifier Software	Free access		Version 1.2.6/ Automatic identification software
Sieve	Cisa	26852.2	Nominal aperture 500µ and nominal aperture 0,5 cm
Tweezers	Bondline	B5SA	Stainless, anti-magnetic, anti-acid
VueScan 9 x 64 (9.5.09) Software	Hydroptic		Version 9.0.51/ Sacn software
Wooden needle			Any plastic or wood needle can be used
Zooprocess Software	Free access		Version 7.14/Image processing software
ZooScan	Hydroptic	54	Version III/ Scanner