Methoden voor beeld-gebaseerde enquêtes van benthische Macroinvertebrates en hun leefgebied wordt geïllustreerd door de Drop Camera enquête voor de Atlantische zee mantel
2 juli 2018
Beeld gebaseerde landmeten is een steeds meer praktische, niet-invasieve methode om te proeven van het mariene milieu. Wij presenteren het protocol van een daling van de camera enquête die schat van de overvloed en verdeling van de Atlantische zee mantel (Placopecten magellanicus). We bespreken hoe dit protocol kan worden gegeneraliseerd voor toepassing op andere benthische macroinvertebrates.
Onderwaterbeeldvorming wordt al lang gebruikt op het gebied van mariene ecologie. Door de dalende kosten van hoge resolutie camera's en dataopslag is de benadering praktischer geworden dan in het verleden. Op beeld gebaseerde onderzoeken maken het mogelijk om eerste monsters opnieuw te bekijken en zijn niet-invasief in vergelijking met traditionele onderzoeksmethoden.
Maar protocollen worden bepaald door het gedrag van doelspecies en onderzoeksdoelen. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke ecologische vragen voor interessante species, zoals hun abundantie, verspreiding en habitatassociaties. Het demonstreren van delen van de procedure aan boord van het vissersschip, Liberty, is Craig Lego, een afgestudeerde student in ons lab.
Om de apparatuur op het dek van het schip op te zetten, rangschikt u de piramide zoals beschreven in het tekstprotocol. De piramide is een drukgevoelige sleutel met een glasvezelkabel, die op een trommel zit en is bevestigd aan een slipring. Bevestig de aansluitdoos aan de piramide.
Bevestig vervolgens de camera's en lichten aan de piramide en verbind de camera's en lichten met de aansluitdoos met camera- en lichtkabels. Laat de glasvezelkabel door de katrol lopen en bevestig deze aan de takel. Bevestig de hydraulische sleutelkabel van het schip aan de piramide.
Stel de apparatuur in de stuurhut van het schip op. Om het dek-uiteinde van de stuurhut te bevestigen, leidt u de glasvezelkabel naar de optische slipring op de drukgevoelige sleutel. Nadat u de computers hebt ingesteld, zoals beschreven in het tekstprotocol, verbindt u de camera's en lichten met de stuurhut van het schip.
Om het stuurhut-uiteinde van de stuurhut te bevestigen, leidt u de glasvezelkabel de stuurhut in en bevestigt u deze aan de glasvezelinterface op de desktopcomputer en de lichtstekker. Start het veldgegevensverzamelingprogramma vanaf de desktopcomputer. Zorg ervoor dat alle camera's die op de piramide zijn gemonteerd en in de aansluitdoos zijn aangesloten automatisch als aangesloten worden weergegeven.
Om de beelden vast te leggen en gegevens op elk station op te nemen, start u het mobiele veldmappingprogramma vanaf de laptopcomputer, selecteert u het markeergereedschap en sleept u het doelpictogram naar een station om een koers naar het station te geven. Laat de bemonsteringspiramide langzaam naar de zeebodem zakken. Gebruik de hydraulische sleutel van het schip wanneer het station is bereikt en het schip is gestopt.
Terwijl de piramide naar de zeebodem wordt gedaald, dubbelklik op het vakje met de korte naam van het gebied en voer een naam voor het gebied in. Klik op de knop "Kapiteinscamera lanceren" om de cameraweergave en andere informatie op de monitor bij de bedieningselementen van de hydraulische sleutel weer te geven. Na het inschakelen van de stroom naar de lichten, vastleggen van de kwadraatgegevens zodra de bemonsteringspiramide op de zeebodem is geland.
In het veldgegevensverzamelingprogramma, klikt u op "Station starten" om de video-opname te starten. Klik op "Foto's maken" wanneer een duidelijk zicht op de zeebodem verschijnt en klik vervolgens op "Alles opslaan" om een stilstaand beeld van alle cameraweergaven gelijktijdig vast te leggen. Klik vervolgens op de knop "Naar database schrijven".
Voer het aantal schelpen dat in de digitale stilstaande camera-afbeelding wordt gezien in het vak voor de schelptelling in en typ eventuele opmerkingen in het opmerkingenvak. Klik op de knop "Naar database schrijven" om de gegevens over het kwadraat als een rij in de velddatabase te schrijven. Til de piramide op, zoals beschreven in het tekstprotocol, en klik op "Station beëindigen" in het veldgegevensverzamelingprogramma om de video-opname te beëindigen en het programma naar het volgende station te laten gaan.
Klik op de knop "Programma afsluiten" om het programma te sluiten. Klik ten slotte op "Station vastleggen" in het mobiele veldmappingprogramma om het station te markeren zoals eerder. Nadat u de afbeeldingen hebt opgehaald, zoals beschreven in het tekstprotocol, navigeert u naar het substraatgedeelte en klikt u op de vakken voor de substraattypen die aanwezig zijn.
Om macrobenthosdieren te kwantificeren, klikt u op de vakken voor de dieren die aanwezig zijn in het gedeelte "Inverts aanwezig". Voer het aantal van elk dier dat wordt waargenomen in de sectie "Inverts tellen" in. Klik op de rode knop "SC" en dobbel elke schelp in het beeld aan.
Klik op de knop "Verzenden" om de gegevens over de afbeelding als een rij in de labdatabase te schrijven en een kopie van de afbeelding te maken met de dieren dobbel. Verander vervolgens het profiel in het labgegevensverzamelingprogramma naar "Afbeelding controleren". Controleer de invoer op nauwkeurigheid en breng eventuele wijzigingen aan. Selecteer de knop "Verzenden" om de gegevens over de afbeelding die door de gedigitaliseerde gebruiker is ingediend, te overschrijven en markeer vervolgens de afbeelding als kwaliteitsgecontroleerd in de labdatabase.
Om de schelpen die in de afbeeldingen zijn waargenomen te meten, selecteert u lijnannotatie in het afbeeldingsannotatieprogramma en tekent u een lijn vanaf de umbo van de schelp tot de bovenkant van de schelpschelp. Herhaal deze stap voor alle meetbare schelpen in de afbeelding. Selecteer "Bestand" en vervolgens "Annotaties opslaan" om een spreadsheet met metingen te maken voordat u de gegevensanalyse uitvoert zoals beschreven in het tekstprotocol.
Representatieve resultaten van een volledig geannoteerd onderzoeksafbeelding zijn hier getoond. Het annotatiesprogramma telt elke stip van elke kleur en kwantificeerd het aantal van deze dieren in de afbeelding. De lijnen op elke schelp strekken zich uit van de umbo tot de voorkant van de schelp en worden door het programma gemeten om een schatting van de hoogte van de schelpschelp te geven.
In de Amerikaanse Atlantische Sea Scallop Fishery wordt het schelpgebiedsbeheersimulatormodel gebruik
Overzicht
Dit artikel presenteert een protocol voor het uitvoeren van drop camera-onderzoeken om de abundantie en verspreiding van de Atlantische zeeschelp (Placopecten magellanicus) te schatten. De methode is niet-invasief en kan worden aangepast voor andere benthische macro-invertebraten.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Zee-ecologie
- Zeebiologie
- Onderzoeksmethodologie
Achtergrond
- Onderwaterbeeldvorming is toegankelijker geworden door vooruitgang in technologie.
- Beeldgebaseerde onderzoeken zijn minder invasief vergeleken met traditionele methoden.
- Protocollen variëren op basis van doelsoort en onderzoeksdoelen.
- Deze methode helpt bij het beantwoorden van ecologische vragen over soortabondantie en habitatassociaties.
Doel van het onderzoek
- Om een gestandaardiseerd protocol voor drop camera-onderzoeken te ontwikkelen.
- Om de abundantie en verspreiding van Atlantische zeeschelpen te schatten.
- Om een raamwerk te bieden dat van toepassing is op andere benthische macro-invertebraten.
Gebruikte methoden
- Installatie van onderwaterbeeldvormingsapparatuur op een vissersschip.
- Gebruik van een mobiel veldmappingprogramma voor gegevensverzameling.
- Het vastleggen van beelden en het registreren van gegevens op verschillende bemonsteringsstations.
- Het kwantificeren van schelpdichtheid en -grootte met behulp van beeldanalysesoftware.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle vastlegging van beelden en gegevens voor schelppopulaties.
- Schattingen van schelpbiomassa en -verspreiding over verschillende zones.
- Creatie van verspreidingskaarten voor verschillende schelpgroottes.
- Samenwerking met de visserijsector voor verbeterd visserijbeheer.
Conclusies
- De drop camera-onderzoeksmethode is effectief voor niet-invasieve mariene bemonstering.
- Resultaten dragen bij aan een beter begrip van schelppopulaties.
- Dit protocol kan worden aangepast voor andere soorten en omgevingen.
Veelgestelde vragen
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.
