Métodos para pesquisas com base em imagem de macroinvertebrados bentônicos e seu Habitat, exemplificado pela pesquisa câmera Drop para o Oceano Atlântico Vieira
2 de julho de 2018
Imagem com base em topografia é um método não-invasivo, cada vez mais prático para o ambiente marinho da amostra. Apresentamos o protocolo de uma pesquisa de câmera de gota que estima a abundância e distribuição do Vieira mar Atlântico (Placopecten magellanicus). Discutimos como este protocolo pode ser generalizado para aplicação a outros macroinvertebrados bentônicos.
As imagens subaquáticas têm sido usadas há muito tempo no campo da ecologia marinha. Ao diminuir os custos de câmeras de alta resolução e armazenamento de dados, a abordagem foi mais prática do que no passado. As pesquisas baseadas em imagens permitem que as amostras iniciais sejam revisitadas e não são invasivas em comparação com os métodos tradicionais de pesquisa.
Mas os protocolos são orientados pelo comportamento das espécies-alvo e pelos objetivos da pesquisa. Este método pode ajudar a responder a questões ecológicas importantes para espécies de interesse, como sua abundância, distribuição e associações de habitat. Demonstrando partes do procedimento a bordo do navio de pesca, Liberty, está Craig Lego, um estudante de pós-graduação em nosso laboratório.
Para montar o equipamento no convés da embarcação, organize a pirâmide conforme descrito no protocolo de texto. A pirâmide é uma chave sensível à pressão com um cabo de fibra óptica, que está em um tambor e preso a um anel coletor. Anexe a caixa de junção à pirâmide.
Em seguida, conecte as câmeras e as luzes à pirâmide e, em seguida, conecte as câmeras e as luzes à caixa de junção com a câmera e os cabos de luz. Passe o cabo de fibra óptica pela roldana e conecte-o ao turco. Conecte o cabo da chave hidráulica da embarcação à pirâmide.
Configure o equipamento na casa do leme da embarcação. Para prender a extremidade do convés da casa do leme, passe o cabo de fibra óptica até o anel deslizante óptico na chave sensível à pressão. Depois de configurar os computadores, conforme descrito no protocolo de texto, conecte as câmeras e as luzes à casa do leme da embarcação.
Para conectar a extremidade da casa do leme da casa do leme, passe o cabo de fibra óptica na casa do leme e conecte-o à interface de fibra óptica no computador desktop e ao plugue de alimentação leve. Inicie o programa de coleta de dados de campo a partir do computador desktop. Certifique-se de que todas as câmeras montadas na pirâmide e conectadas à caixa de junção sejam exibidas automaticamente como conectadas.
Para capturar as imagens e registrar dados em cada estação, inicie o programa de mapeamento de campo móvel a partir do laptop, selecione a ferramenta de marcação e arraste o ícone de destino para uma estação para fornecer um rumo à estação. Abaixe lentamente a pirâmide de amostragem até o fundo do mar. Use a chave hidráulica da embarcação quando a estação for alcançada e a embarcação parar.
Enquanto a pirâmide está sendo baixada até o fundo do mar, clique duas vezes na caixa de nome abreviado da área e digite um nome para a área. Clique no botão "came do capitão de lançamento" para exibir a câmera views e outras informações no monitor próximo aos controles da chave hidráulica. Depois de ligar as luzes, capture dados quadrados assim que a pirâmide de amostragem pousar no fundo do mar.
No programa de coleta de dados de campo, clique em iniciar estação"para iniciar a gravação do vídeo. Clique em tirar instantâneos"quando uma visão clara do fundo do mar aparecer, clique em salvar tudo"para capturar uma imagem estática de todas as visualizações da câmera simultaneamente. Em seguida, clique no botão gravar no banco de dados"botão.
Digite o número de vieiras vistas na imagem da câmera fotográfica digital na caixa de contagem de vieiras e digite os comentários na caixa de comentários. Clique no botão "gravar no banco de dados" para gravar os dados sobre o quadrado como uma linha no banco de dados de campo. Levante a pirâmide, conforme detalhado no protocolo de texto, e clique em estação final" no programa de coleta de dados de campo para encerrar a gravação de vídeo e avançar o programa para a próxima estação.
Clique no botão sair do programa" para fechar o programa. Por fim, clique em capturar estação"no programa de mapeamento de campo móvel para marcar a estação como antes. Depois de recuperar as imagens, conforme descrito no protocolo de texto, navegue até a seção de substrato e clique nas caixas dos tipos de substrato presentes.
Para quantificar animais macrobentônicos, clique nas caixas dos animais que estão presentes na seção inverter presentes. Insira o número de cada animal observado na seção de contagem invertida. Clique no botão vermelho SC "e pontilhe cada vieira na imagem.
Clique no botão enviar" para gravar os dados sobre a imagem como uma linha no banco de dados do laboratório e criar uma cópia da imagem com os animais pontilhados. Em seguida, altere o perfil no programa de coleta de dados de laboratório para verificação de imagem"Revise a entrada quanto à precisão e faça as alterações necessárias. Selecione o botão enviar" para substituir os dados sobre a imagem enviada pelo usuário digitalizado e, em seguida, marque a imagem como com controle de qualidade no banco de dados do laboratório.
Para medir as vieiras observadas nas imagens, selecione a anotação de linha no programa anotador de imagens e, em seguida, desenhe uma linha do umbo da vieira até o topo da concha da vieira. Repita esta etapa para todas as vieiras mensuráveis na imagem. Selecione o arquivo"e depois salve as anotações"para criar uma planilha de medições antes de realizar a análise de dados conforme descrito no protocolo de texto.
Os resultados representativos de uma imagem de pesquisa totalmente anotada são mostrados aqui. O programa anotador conta cada ponto de cada cor, quantificando o número desses animais na imagem. As linhas em cada vieira se estendem do umbo até a frente da concha e são medidas pelo programa para fornecer uma estimativa da altura da concha das vieiras.
Na Pesca de Vieiras do Mar Atlântico dos EUA, o modelo de simulador de gerenciamento de área de vieiras é usado para projetar a abundância e os desembarques de vieiras. Cada zona desse modelo na margem da Geórgia era uma área de interesse. Uma vez que as vieiras em cada imagem tenham sido contadas e medidas, as estimativas de densidade e tamanho são feitas para cada área de interesse.
Além disso, mapas de distribuição para cada área são criados para todas as vieiras, vieiras juvenis e vieiras de tamanho colhível. Usando as estimativas da pesquisa, bem como a relação entre a altura da casca das vieiras e o peso da carne, são produzidas estimativas da biomassa total e explorável da vieira para cada zona do modelo do simulador de gerenciamento de área de vieiras. Incluídos na tabela estão o peso médio da carne da vieira em gramas, o peso total das vieiras em toneladas métricas e o erro padrão em toneladas métricas.
Após seu desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para pesquisadores no campo da ciência da pesca trabalharem em colaboração com a indústria pesqueira para explorar a abundância e distribuição de vieiras na plataforma continental dos EUA. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como capturar imagens no mar, quantificar os dados nessas imagens e criar produtos de dados que apoiem o gerenciamento da pesca. Seguindo este procedimento, dados sobre substrato e outros animais além das vieiras são coletados e podem ser usados para responder a perguntas adicionais, como preferências de habitat e relações predador-presa.
Não se esqueça de que trabalhar no mar pode ser extremamente perigoso e precauções como treinamento de segurança no mar e trabalho com tripulação experiente devem sempre ser tomadas durante a realização deste procedimento.
Visão Geral
Este artigo apresenta um protocolo para a realização de pesquisas com câmeras de queda para estimar a abundância e distribuição da vieira do Atlântico (Placopecten magellanicus). O método é não invasivo e pode ser adaptado para outros macroinvertebrados bentônicos.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Ecologia Marinha
- Biologia Marinha
- Metodologia de Pesquisa
Fundo
- As imagens subaquáticas tornaram-se mais acessíveis devido aos avanços na tecnologia.
- As pesquisas baseadas em imagens são menos invasivas em comparação com os métodos tradicionais.
- Os protocolos variam com base na espécie alvo e nos objetivos da pesquisa.
- Este método auxilia na resposta a questões ecológicas sobre a abundância de espécies e associações de habitat.
Propósito do Estudo
- Desenvolver um protocolo padronizado para pesquisas com câmeras de queda.
- Estimar a abundância e distribuição das vieiras do Atlântico.
- Fornecer uma estrutura aplicável a outros macroinvertebrados bentônicos.
Métodos Utilizados
- Configuração de equipamento de imagem subaquática em uma embarcação de pesca.
- Uso de um programa móvel de mapeamento de campo para coleta de dados.
- Captura de imagens e registro de dados em várias estações de amostragem.
- Quantificação da densidade e tamanho das vieiras usando software de análise de imagem.
Principais Resultados
- Captura bem-sucedida de imagens e dados para populações de vieira.
- Estimativa da biomassa e distribuição das vieiras em diferentes zonas.
- Criação de mapas de distribuição para vários tamanhos de vieira.
- Colaboração com a indústria pesqueira para melhorar o gerenciamento pesquero.
Conclusões
- O método de pesquisa com câmera de queda é eficaz para amostragem marinha não invasiva.
- Os resultados contribuem para uma melhor compreensão das populações de vieira.
- Este protocolo pode ser adaptado para outras espécies e ambientes.
Perguntas Frequentes
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.
