Metody badań obrazowych makrobezkręgowców bentosowych i ich siedlisk na przykładzie badania przegrzebka atlantyckiego za pomocą kamery opadowej
2 lipca 2018
Pomiary oparte na obrazach są coraz bardziej praktyczną, nieinwazyjną metodą pobierania próbek środowiska morskiego. Przedstawiamy protokół z badania za pomocą kamery zrzutowej, które szacuje liczebność i rozmieszczenie przegrzebka morskiego (Placopecten magellanicus). Omówiliśmy, w jaki sposób protokół ten można uogólnić w celu zastosowania do innych makrobezkręgowców bentosowych.
Obrazowanie podwodne jest od dawna stosowane w dziedzinie ekologii morskiej. Zmniejszenie kosztów kamer o wysokiej rozdzielczości i pamięci masowej sprawiło, że podejście to stało się bardziej praktyczne niż w przeszłości. Badania oparte na obrazach pozwalają na ponowne przyjrzenie się początkowym próbkom i są nieinwazyjne w porównaniu z tradycyjnymi metodami badań.
Jednak protokoły są oparte na zachowaniu gatunków docelowych i celach badań. Metoda ta może pomóc w znalezieniu odpowiedzi na kluczowe pytania ekologiczne dotyczące gatunków będących przedmiotem zainteresowania, takie jak ich liczebność, rozmieszczenie i powiązania siedliskowe. Na pokładzie statku rybackiego Liberty część procedury demonstruje Craig Lego, doktorant w naszym laboratorium.
Aby ustawić sprzęt na pokładzie statku, należy ułożyć piramidę zgodnie z opisem w protokole tekstowym. Piramida to klucz wrażliwy na nacisk z światłowodowym, który znajduje się na bębnie i jest przymocowany do pierścienia ślizgowego. Przymocuj skrzynkę przyłączeniową do piramidy.
Następnie przymocuj kamery i światła do piramidy, a następnie podłącz kamery i światła do skrzynki przyłączeniowej za pomocą kamery i światła. Przeprowadź światłowodowy przez krążek i przymocuj go do żurawika. Przymocuj klucza hydraulicznego naczynia do piramidy.
Ustaw sprzęt w sterówce statku. Aby przymocować koniec pokładu sterówki, poprowadź światłowodowy do optycznego pierścienia ślizgowego na kluczu wrażliwym na nacisk. Po ustawieniu komputerów, zgodnie z opisem w protokole tekstowym, podłącz kamery i światła do sterówki statku.
Aby przymocować koniec sterówki sterówki, poprowadź światłowodowy do sterówki i podłącz go do interfejsu światłowodowego w komputerze stacjonarnym i wtyczki zasilania światła. Uruchom program do zbierania danych terenowych z komputera stacjonarnego. Upewnij się, że wszystkie kamery zamontowane na piramidzie i podłączone do skrzynki przyłączeniowej są automatycznie wyświetlane jako podłączone.
Aby przechwycić obrazy i zapisać dane na każdej stacji, uruchom mobilny program do mapowania pola z komputera przenośnego, wybierz narzędzie do oznaczania i przeciągnij ikonę celu na stację, aby zapewnić namiar na stację. Powoli opuść piramidę pobierania próbek na dno morskie. Użyj klucza hydraulicznego do naczyń, gdy stacja zostanie osiągnięta, a statek się zatrzyma.
Podczas opuszczania piramidy na dno morskie kliknij dwukrotnie pole krótkiej nazwy obszaru i wprowadź nazwę obszaru. Kliknij przycisk "Krzywka kapitana startu", aby wyświetlić widok z kamery i inne informacje na monitorze w pobliżu elementów sterujących kluczem hydraulicznym. Po włączeniu zasilania świateł przechwyć dane kwadratowe, gdy piramida pobierania próbek wyląduje na dnie morza.
W programie do zbierania danych terenowych kliknij przycisk rozpocznij stację", aby rozpocząć nagrywanie wideo. Kliknij zrób zdjęcia"gdy pojawi się wyraźny widok dna morskiego, a następnie kliknij zapisz wszystko"aby uchwycić nieruchomy obraz ze wszystkich widoków kamery jednocześnie. Następnie kliknij przycisk zapisu do bazy danych".
Wprowadź liczbę przegrzebków widocznych na obrazie z cyfrowego aparatu fotograficznego w polu liczby przegrzebków i wpisz dowolne komentarze w polu komentarzy. Kliknij przycisk zapisu do bazy danych, aby zapisać dane o kwadracie jako wiersz w bazie danych pola. Podnieś piramidę, zgodnie z opisem w protokole tekstowym, i kliknij stację końcową" w programie do zbierania danych w terenie, aby zakończyć nagrywanie wideo i przejść program do następnej stacji.
Kliknij przycisk zakończ program, aby zamknąć program. Na koniec kliknij stację przechwytywania"w mobilnym programie do mapowania pól, aby oznaczyć stację jak poprzednio. Po pobraniu obrazów, zgodnie z opisem w protokole tekstowym, przejdź do sekcji podłoża i kliknij pola odpowiadające typom podłoży, które są obecne.
Aby określić ilościowo zwierzęta makrobentosowe, kliknij pola odpowiadające zwierzętom, które są obecne w sekcji Odwraca prezenty. Wprowadź liczbę każdego zaobserwowanego zwierzęcia w sekcji liczby odwróceń. Kliknij czerwony SC" i umieść kropkę nad każdym przegrzebkiem na obrazie.
Kliknij przycisk Prześlij", aby zapisać dane o obrazie jako wiersz w bazie danych laboratorium i utworzyć kopię obrazu z kropkowanymi zwierzętami. Następnie zmień profil w programie do zbierania danych laboratoryjnych na sprawdzanie obrazu"Przejrzyj wpis pod kątem dokładności i wprowadź niezbędne zmiany. Wybierz przycisk prześlij, aby nadpisać dane dotyczące obrazu przesłanego przez zdigitalizowanego użytkownika, a następnie oznacz obraz jako kontrolowany pod względem jakości w bazie danych laboratorium.
Aby zmierzyć przegrzebki zaobserwowane na obrazach, wybierz adnotację liniową w programie adnotatora obrazu, a następnie narysuj linię od baldachimka przegrzebka do górnej części muszli przegrzebka. Powtórz ten krok dla wszystkich mierzalnych przegrzebków na obrazie. Wybierz plik"a następnie zapisz adnotacje"aby utworzyć arkusz kalkulacyjny pomiarów przed wykonaniem analizy danych zgodnie z opisem w protokole tekstowym.
Reprezentatywne wyniki w pełni opisanego obrazu ankiety są pokazane tutaj. Program adnotacyjny zlicza każdą kropkę każdego koloru, określając ilościowo liczbę tych zwierząt na obrazie. Linie na każdym przegrzebku rozciągają się od baldachimu do przodu muszli i są mierzone przez program, aby zapewnić oszacowanie wysokości muszli przegrzebków.
W amerykańskim połowu przegrzebków na Morzu Atlantyckim model symulatora zarządzania obszarem przegrzebków jest używany do prognozowania liczebności przegrzebków morskich i lądowań. Każda strefa tego modelu na gruzińskim brzegu była obszarem zainteresowania. Po zliczeniu i zmierzeniu przegrzebków na każdym obrazie dokonuje się oszacowania gęstości i wielkości dla każdego obszaru zainteresowania.
Ponadto tworzone są mapy rozmieszczenia dla każdego obszaru dla wszystkich przegrzebków, młodych przegrzebków i przegrzebków o wielkości nadającej się do zbioru. Korzystając z szacunków z badania, a także stosunku wysokości muszli przegrzebków do masy mięsa, uzyskuje się szacunki całkowitej i możliwej do wykorzystania biomasy przegrzebków dla każdej strefy modelowej symulatora zarządzania obszarem przegrzebków. W tabeli podano średnią masę mięsa przegrzebków w gramach, całkowitą masę przegrzebków w tonach metrycznych oraz błąd standardowy w tonach metrycznych.
Po opracowaniu technika ta utorowała drogę naukowcom zajmującym się rybołówstwem do współpracy z przemysłem rybnym w celu zbadania obfitości i rozmieszczenia przegrzebków na amerykańskim szelfie kontynentalnym. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak robić zdjęcia na morzu, określać ilościowo dane na tych obrazach i tworzyć produkty danych, które wspierają zarządzanie rybołówstwem. Zgodnie z tą procedurą zbierane są dane dotyczące podłoża i innych zwierząt poza przegrzebkami, które można wykorzystać do udzielenia odpowiedzi na dodatkowe pytania, takie jak preferencje siedliskowe i relacje między drapieżnikami.
Nie zapominaj, że praca na morzu może być niezwykle niebezpieczna, a podczas wykonywania tej procedury należy zawsze podejmować środki ostrożności, takie jak szkolenie w zakresie bezpieczeństwa na morzu i praca z doświadczoną załogą.
Przegląd
Ten artykuł przedstawia protokół przeprowadzania badań za pomocą kamer spadających w celu oszacowania liczebności i rozmieszczenia ostrożki atlantyckiej (Placopecten magellanicus). Metoda ta jest nieinwazyjna i może być dostosowana do innych bentonicznych makrozoobentosu.
Kluczowe elementy badania
Obszar nauki
- Ekologia morska
- Biologia morza
- Metodologia badań
Tło
- Podwodne obrazy stały się bardziej dostępne dzięki postępom technologicznym.
- Badania oparte na obrazach są mniej inwazyjne w porównaniu z tradycyjnymi metodami.
- Protokoły różnią się w zależności od gatunku docelowego i celów badania.
- Ta metoda pomaga w odpowiedzi na pytania ekologiczne dotyczące liczebności gatunków i skojarzeń siedliskowych.
Cel badania
- Opracowanie standaryzowanego protokołu badań za pomocą kamer spadających.
- Oszacowanie liczebności i rozmieszczenia ostrożek atlantyckich.
- Dostarczenie ramy stosowanej do innych bentonicznych makrozoobentosu.
Stosowane metody
- Ustawienie sprzętu do podwodnego obrażania na statku rybackim.
- Użycie mobilnego programu do mapowania terenu do zbierania danych.
- Zdjęcie obrazów i rejestrowanie danych na różnych stanowiskach pobierania próbek.
- Ilościowa ocena gęstości i wielkości ostrożek za pomocą oprogramowania do analizy obrazów.
Główne wyniki
- Udane uchwycenie obrazów i danych dla populacji ostrożek.
- Oszacowania biomasy i rozmieszczenia ostrożek w różnych strefach.
- Stworzenie map rozmieszczenia dla różnych wielkości ostrożek.
- Współpraca z przemysłem rybackim w celu poprawy zarządzania rybołówstwem.
Wnioski
- Metoda badań za pomocą kamer spadających jest skuteczna w nieinwazyjnym pobieraniem próbek morskich.
- Wyniki przyczyniają się do lepszego zrozumienia populacji ostrożek.
- Ten protokół może być dostosowany dla innych gatunków i środowisk.
Często zadawane pytania
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.
