Artigo de método

Processamento Automático de Imagem para Determinar a Estrutura do Tamanho da Comunidade de Macroinvertebrados Ribeirinhos

DOI:

10.3791/64320

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13 de janeiro de 2023

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1Center for the Study of Mediterranean Rivers (CERM), Universitat de Vic - Universitat Central de Catalunya, 2Laboratoire Evolution et Diversité Biologique (EDB), UMR5174, Université Toulouse 3 Paul Sabatier, Centre national de la recherche scientifique (CNRS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD), 3Department of Marine Biology and Oceanography, Institut de Ciències del Mar, Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), 4Aquatic Ecology Group, Universitat de Vic - Universitat Central de Catalunya

Neste artigo

Resumo

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O artigo baseia-se na criação de um protocolo adaptado para escanear, detectar, classificar e identificar objetos digitalizados correspondentes a macroinvertebrados de rios bentônicos usando um procedimento de imagem semiautomático. Este procedimento permite a aquisição das distribuições de tamanho individual e métricas de tamanho de uma comunidade de macroinvertebrados em cerca de 1 h.

Resumo

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O tamanho do corpo é um traço funcional importante que pode ser usado como um bioindicador para avaliar os impactos das perturbações nas comunidades naturais. A estrutura do tamanho da comunidade responde a gradientes bióticos e abióticos, incluindo perturbações antropogênicas entre táxons e ecossistemas. No entanto, a medição manual de organismos de corpo pequeno, como macroinvertebrados bentônicos (por exemplo, >500 μm a alguns centímetros de comprimento) é demorada. Para agilizar a estimativa da estrutura do tamanho da comunidade, desenvolvemos um protocolo para medir semi-automaticamente o tamanho corporal individual de macroinvertebrados de rios preservados, que são um dos bioindicadores mais comumente usados para avaliar o estado ecológico dos ecossistemas de água doce. Este protocolo é adaptado de uma metodologia existente desenvolvida para escanear o mesozooplâncton marinho com um sistema de varredura projetado para amostras de água. O protocolo consiste em três etapas principais: (1) varredura de subamostras (frações amostrais finas e grosseiras) de macroinvertebrados fluviais e processamento das imagens digitalizadas para individualizar cada objeto detectado em cada imagem; (2) criar, avaliar e validar um conjunto de aprendizagem através de inteligência artificial para separar semi-automaticamente as imagens individuais de macroinvertebrados de detritos e artefatos nas amostras digitalizadas; e (3) representando a estrutura de tamanho das comunidades de macroinvertebrados. Além do protocolo, este trabalho inclui os resultados da calibração e enumera vários desafios e recomendações para adaptar o procedimento a amostras de macroinvertebrados e considerar novas melhorias. No geral, os resultados apoiam o uso do sistema de varredura apresentado para a medição automática do tamanho corporal de macroinvertebrados fluviais e sugerem que a representação de seu espectro de tamanho é uma ferramenta valiosa para a rápida bioavaliação de ecossistemas de água doce.

Introdução

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Os macroinvertebrados bentônicos são amplamente utilizados como bioindicadores para determinar o estado ecológico dos corpos d'água1. A maioria dos índices para descrever comunidades de macroinvertebrados se concentra em métricas taxonômicas. No entanto, novas ferramentas de bioavaliação que integrem o tamanho corporal são encorajadas a fornecer uma perspectiva alternativa ou complementar às abordagens taxonômicas 2,3.

O tamanho corporal é considerado um metatraço relacionado a outros traços vitais, como metabolismo, crescimento, respiração e movimento

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Protocolo

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NOTA: O protocolo aqui descrito baseia-se no sistema desenvolvido por Gorsky et al.27 para o mesozooplâncton marinho. Uma descrição específica das etapas do scanner (ZooSCAN), do software de digitalização (VueScan 9x64 [9.5.09]), do software de processamento de imagens (Zooprocess, ImageJ) e do software de identificação automática (Plankton Identifier) pode ser encontrada nas referências anteriores32,33. Para melhor ajustar os tamanhos dos macroinvertebrados bentônicos em relação ao mesozooplâncton, uma vez que o projeto é criado seguindo o protocolo original32,33

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Resultados

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Aquisição de imagens digitais de amostras de macroinvertebrados
Nuances de varredura: Deposição de etanol na bandeja de varredura
Ao testar o sistema para macroinvertebrados, vários exames foram de baixa qualidade. Uma área saturada escura no fundo impediu o processamento normal da imagem e a medição dos tamanhos individuais dos macroinvertebrados (Figura 2). Várias razões foram dadas para o aparecimento de áreas saturadas no fundo ou imagens altamente.......

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Discussão

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A adaptação da metodologia descrita por Gorsky et al. 2010 para macroinvertebrados ribeirinhos permite alta acurácia de classificação na estimativa da estrutura do tamanho da comunidade em macroinvertebrados de água doce. Os resultados sugerem que o protocolo pode reduzir o tempo para estimar a estrutura de tamanho individual em uma amostra para cerca de 1 hora. Assim, o protocolo proposto pretende promover o uso rotineiro de espectros de tamanho de macroinvertebrados como um bioindicador rápido e integrador para avaliar.......

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Divulgações

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Os autores declaram não haver potenciais interesses concorrentes.

Agradecimentos

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Este trabalho foi apoiado pelo Ministério da Ciência, Inovação e Universidades espanholas (número de intervenção RTI2018-095363-B-I00). Agradecemos aos membros do CERM-UVic-UCC Èlia Bretxa, Anna Costarrosa, Laia Jiménez, María Isabel González, Marta Jutglar, Francesc Llach e Núria Sellarès por seu trabalho em amostragem de campo de macroinvertebrados e triagem laboratorial e a David Albesa por colaborar na digitalização de amostras. Finalmente, agradecemos a Josep Maria Gili e ao Institut de Ciències del Mar (ICM-CSIC) pelo uso das instalações laboratoriais e do dispositivo de scanner.

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
BeakerLabboxOutros recipientes podem ser usados
Água dionizadaIcopresa  8420239600123Para diluir o etanol
FunilVitlab41094
Frascos de vidro 8 mlLabboxSVSN-C10-1951 frasco/subamostra
Software ImageJ AcessoVersão 4.41o/ Software de processamento de imagem
Large frameHydroptic  Fornecido por ZooScan24,5 cm x 15,8 cm
Monalcol 96 (Etanol 96)Montplet1050JE001
Plankton Identifier SoftwareAcessoVersão 1.2.6/ Software de identificação automática
Peneira Cisa26852.2Abertura nominal 500µ e abertura nominal 0,5 cm
PinçasBondlineB5SAInox, anti-magnético, anti-ácido
VueScan 9 x 64 (9.5.09) SoftwareHydropticVersão 9.0.51/ Sacn software
AgulhaQualquer agulha de plástico ou madeira pode ser usada
Software Zooprocess AcessoVersão 7.14/Software de processamento de imagem
ZooScan Hydroptic54Versão III/ Scanner
gratuito gratuito de madeira gratuito

Referências

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  1. Birk, S., et al. Three hundred ways to assess Europe's surface waters: An almost complete overview of biological methods to implement the Water Framework Directive. Ecological Indicators. 18, 31-41 (2012).
  2. Basset, A., Sangiorgio, F., Pinna, M.

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