Summary
هنا ، نقدم بروتوكولا لتحويل الصور المجهرية للعوالق النباتية إلى رسومات متجهة وأنماط متكررة لتمكين تصور التحولات في أصناف العوالق النباتية والكتلة الحيوية على مدار 60 عاما. يمثل هذا البروتوكول نهجا يمكن استخدامه لسلاسل زمنية ومجموعات بيانات أخرى للعوالق على مستوى العالم.
Abstract
وتوفر السلاسل الزمنية الأوقيانوغرافية منظورا هاما للعمليات البيئية في النظم الإيكولوجية. تمثل السلاسل الزمنية للعوالق طويلة الأجل في خليج ناراغانسيت (NBPTS) في خليج ناراغانسيت ، رود آيلاند ، الولايات المتحدة الأمريكية ، واحدة من أطول السلاسل الزمنية للعوالق (1959 إلى الوقت الحاضر) من نوعها في العالم وتقدم فرصة فريدة لتصور التغيير طويل الأجل داخل النظام البيئي المائي. تمثل العوالق النباتية قاعدة الشبكة الغذائية في معظم النظم البحرية ، بما في ذلك خليج ناراغانسيت . لذلك ، فإن توصيل أهميتها إلى 2.4 مليار شخص يعيشون داخل المحيط الساحلي أمر بالغ الأهمية. لقد طورنا بروتوكولا بهدف تصور تنوع وحجم العوالق النباتية من خلال استخدام Adobe Illustrator لتحويل الصور المجهرية للعوالق النباتية التي تم جمعها من NBPTS إلى رسومات متجهة يمكن مطابقتها في أنماط بصرية متكررة عبر الزمن. تم اختيار الأصناف الوفيرة عدديا أو تلك التي تشكل تهديدات اقتصادية وصحية ، مثل أصناف تكاثر الطحالب الضارة ، Pseudo-nitzschia spp. ، لتحويل الصور. ثم تم إنشاء أنماط من صور العوالق النباتية المختلفة بناء على وفرتها النسبية لعقود مختارة من البيانات التي تم جمعها (سبعينيات القرن العشرين ، تسعينيات القرن العشرين ، و 2010). أبلغت الأنماط العقدية للكتلة الحيوية للعوالق النباتية الخطوط العريضة لكل عقد بينما تم استخدام تدرج لون الخلفية من الأزرق إلى الأحمر للكشف عن زيادة طويلة الأجل في درجة الحرارة لوحظت في خليج ناراغانسيت. أخيرا ، تمت طباعة لوحات كبيرة مقاس 96 بوصة × 34 بوصة مع أنماط متكررة للعوالق النباتية لتوضيح التغيرات المحتملة في وفرة العوالق النباتية بمرور الوقت. يتيح هذا المشروع تصور التحولات الحرفية في الكتلة الحيوية للعوالق النباتية ، والتي عادة ما تكون غير مرئية للعين المجردة مع الاستفادة من بيانات السلسلة في الوقت الفعلي (على سبيل المثال ، الكتلة الحيوية للعوالق النباتية ووفرتها) داخل القطعة الفنية نفسها. وهو يمثل نهجا يمكن استخدامه للعديد من السلاسل الزمنية الأخرى للعوالق لتصور البيانات والتواصل والتعليم وجهود التوعية.
Introduction
العوالق النباتية هي منتجون أوليون يمثلون قاعدة الشبكة الغذائية عبر النظم الإيكولوجية المائية 1,2. في حين أن برامج مراقبة العوالق النباتية هي المفتاح لتحديد التغيرات الحالية والمستقبلية في النظم الإيكولوجية البحرية ، فإن دعمها يتناقص بمرور الوقت 3. نظرا لأوقات جيلها القصيرة نسبيا وحركتها المحدودة ، تستجيب العوالق النباتية بشكل خاص لتغير المناخ ، مما يجعلها أداة مهمة في مراقبة السلاسل الزمنية. كما أن السلاسل الزمنية للعوالق النباتية مهمة أيضا لإعلام الإدارة القائمة على النظم الإيكولوجية لتوافر الموارد وتوفير سياق للأحداث العرضية، مثل موجات الحر البحرية4. تعطي السلاسل الزمنية قصيرة الأجل ، على مدى سنوات ، نظرة ثاقبة لتعاقب مجتمعات العوالق النباتية والديناميات الموسمية (على سبيل المثال ، المرجع 5،6) ، في حين أن السلاسل الزمنية طويلة الأجل ، مثل برامج سلسلة برمودا الزمنية الأطلسية (BATS) وسلسلة أوقات المحيط في هاواي (HOTS) ، تمتد لأكثر من عقدين وتمكن من اكتشاف الاتجاهات طويلة الأجل 7,8. وتوضح هذه الدراسات فائدة وأهمية وجود سجل للعوالق النباتية بدرجة عالية من أجل فهم كامل لتغير النظام الإيكولوجي على المدى الطويل في البيئات البحرية الدينامية. علاوة على ذلك ، فإن تصور هذه التغييرات في العوالق النباتية والتواصل معها ، والتي لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة ، يصعب فهمها أكثر من الكائنات الحية الكبيرة والمرئية بسهولة ، مثل الأسماك والحيتان. تقدم التصورات الحاسوبية تقنية لاستكشاف مجموعات البيانات المعقدة9 وأصبحت الرسومات التوضيحية المحسنة متاحة بسهولة (على سبيل المثال ، شبكة التكامل والتطبيق ، مركز جامعة ميريلاند للعلوم البيئية). ومع ذلك ، فإن معظم الدراسات في بيئة العوالق النباتية ، بما في ذلك العديد من الإشارات إليها هنا ، لا تزال تقدم النتائج فقط كرسوم بيانية للبيانات تقلل من إمكانية الوصول إليها للجمهور العام. بالنظر إلى أن العوالق النباتية تمثل قاعدة الشبكة الغذائية في معظم النظم البحرية ، فإن توصيل أهميتها إلى ما يقرب من 2.4 مليار شخص يعيشون داخل المحيط الساحلي أمر بالغ الأهمية10. هنا ، قمنا بتطوير بروتوكول بهدف تصور تنوع وحجم العوالق النباتية ، كما تم جمعها بواسطة برنامج مراقبة العوالق النباتية.
توفر السلسلة الزمنية لعوالق خليج ناراغانسيت (NBPTS) منظورا طويل الأجل لمدة 60+ عاما (1959 إلى الوقت الحاضر) حول آثار التغير العالمي في سياق مناخي على وفرة العوالق النباتية والموسمية والفينولوجيا (تاريخ الحياة). خليج ناراغانسيت (NBay) هو مصب ساحلي متصل بالأنظمة الأوسع للجرف الشمالي الشرقي للولايات المتحدة وشمال غرب المحيط الأطلسي الذي يكون لإنتاجه آثار مهمة على مصايد الأسماك والاستخدام البشري على طول ساحل الولايات المتحدة الأمريكية 11. يعتبر NBay نظاما موسميا للغاية يعاني من ارتفاع درجة حرارة المياه على المدى الطويل (1950-2015) في المنطقة بالإضافة إلى تحولات في العناصر الغذائية وزيادة في وضوح المياه12,13. بالإضافة إلى ذلك ، حدث انخفاض في الكتلة الحيوية للعوالق النباتية في NBay العليا المتعلقة بالانخفاضات البشرية المنشأ في النيتروجين غير العضوي المذاب ، والذي يعزى جزئيا إلى ترقيات في محطات معالجة مياه الصرفالصحي 12. كما تحدث تحولات في أصناف العوالق النباتية ، وخاصة تكاثر الطحالب الضارة (HABs) ، في NBay. أدت Pseudo-nitzschia spp. ، التي تنتج أزهارا سامة منتشرة في مناطق ارتفاع مياه القاع على طول الساحل الغربي للولايات المتحدة ، إلى إغلاق ملحوظ للمحار لأول مرة في تاريخ NBay في عامي 2016 و 201714،15،16. يعد توصيل هذه التغييرات إلى جماهير متنوعة أمرا مهما لزيادة محو الأمية العلمية ولتعزيز الدعم المستمر لدراسات مراقبة العوالق النباتية.
كان الهدف من هذا المشروع هو استخدام الصور المجهرية للعوالق النباتية من NBay ، بالإضافة إلى البيانات المركبة من NBPTS ، لتصور التحولات الحرفية في أصناف العوالق النباتية والكتلة الحيوية التي تحدث في NBay للتواصل وتعزيز أهمية العوالق النباتية للجمهور العام. يوفر NBPTS 60+ سنوات من تعداد العوالق النباتية الأسبوعية المتاحة للجمهور والكتلة الحيوية للاستفادة من البيانات من (https://web.uri.edu/gso/research/plankton/). كان المنتج النهائي عبارة عن لوحة جدارية كبيرة لأنماط العوالق تمثل بيانات السلاسل الزمنية (على سبيل المثال ، الكتلة الحيوية للعوالق النباتية والأصناف ودرجة الحرارة) داخل القطعة الفنية نفسها. يمثل هذا النهج طريقة تصور يمكن استخدامها للعديد من السلاسل الزمنية للعوالق الأخرى في جميع أنحاء العالم ويمكن تكييفها لمراقبة البرامج ذات البيانات الموسمية قصيرة الأجل أيضا. تشمل فوائد تنفيذ هذا البروتوكول زيادة الجهود في تصور البيانات ، والتواصل العلمي ، والتعليم ، والمشاركة مع المجتمعات المحلية.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. تحويل صور العوالق النباتية إلى رسومات متجهة
- حدد الصور المجهرية للعوالق النباتية المأخوذة من السلاسل الزمنية للعوالق طويلة المدى في خليج ناراغانسيت (NBPTS) كملفات .JPG أو .PNG أو .PDF (الشكل 1 أ).
ملاحظة: تشمل الأصناف ثالاسيوسيرا نوردينسكيولدي ، ثالاسيونيما نيتزشيويدس ، تريبوس النيابة. ، Odontella aurita ، مجمع أنواع الهيكل العظمي ، Chaetoceros diadema ، Eucampia zodiacus ، Dinophysis spp. ، و Pseudo-nitzschia spp. تم التقاط الصور بالمجهر الضوئي. - افتح محرر رسومات متجه برامج محددة أو الرسام المستخدم في هذه الدراسة (انظر جدول المواد). تم ذكر برنامج الرسوم المتجهة كمصور إضافي في المخطوطة.
- ضع صورة مجهرية .JPG أو .PNG في مساحة عمل Illustrator عن طريق فتح ملف من الكمبيوتر أو سحبه وإفلاته في مساحة عمل جديدة.
- انتقل إلى عرض > إظهار شبكة الشفافية للكشف عن خلفية رقعة الشطرنج التي تشير إلى الشفافية.
- انقر فوق نافذة > تتبع الصورة في القائمة المنسدلة لفتح نافذة تتبع الصورة.
- انقر فوق أداة التحديد (السهم الأسود) في شريط الأدوات وانقر على صورة العوالق النباتية.
- انقر فوق كائن > توسيع في القائمة المنسدلة.
- استخدم أداة التحديد المباشر (سهم أبيض) في شريط الأدوات للنقر وتحديد أجزاء خلفية الصورة للتخلص من حول العوالق النباتية. اضغط على حذف.
- كرر لكل منطقة خلفية من الصورة.
- انقر فوق ملف > تصدير لحفظ الملف كملف .PNG. تأكد من تحديد المربع شفاف الخلفية.
- ضع .PNG صورة مجهرية مع إزالة الخلفية في مساحة عمل جديدة في الرسام عن طريق فتح الملف من الكمبيوتر أو سحبه وإفلاته في مساحة عمل جديدة.
- انقر فوق نافذة > تتبع الصورة في القائمة المنسدلة لفتح نافذة تتبع الصورة.
- ضمن خيارات تتبع الصورة، انقر فوق الإعداد المسبق > شعار أبيض وأسود والوضع > أبيض وأسود.
- استخدم العتبة بالإضافة إلى الخيارات المتقدمة (مثل المسارات والزوايا والضوضاء) لتحسين الصورة.
- ضمن خصائص، حدد توسيع لتوجيهه.
- حدد عرض > إظهار شبكة الشفافية.
- انقر فوق الصورة المتجهة ثم انقر بزر الماوس الأيمن وحدد فك التجميع.
- اختر أداة التحديد المباشر (سهم أبيض) في شريط الأدوات. اسحب وارمس مربعا حول المسافة البيضاء فقط. اضغط على حذف لإزالته.
- كرر حتى تتم إزالة كل المسافة البيضاء.
- انقر فوق ملف > حفظ باسم وحدد . EPS للحفظ كرسم متجه.
- كرر لأصناف العوالق النباتية من 1.1 (الشكل 1 ب).
2. إنشاء أنماط العوالق النباتية
- استخدم بيانات عدد العوالق النباتية من مجموعة بيانات NBPTS لتحديد متوسط وفرة كل صنف من 1970-1979 (سبعينيات القرن العشرين) ، 1990-1999 (تسعينيات القرن العشرين) ، و 2010-2019 (2010).
- احسب متوسط الانحراف المعياري ± لكل صنف من أنواع العوالق النباتية لكل عقد في برنامج إحصائي بالنقر فوق أو كتابة "mean() و sd ()".
- انقر فوق أو اكتب "aov() " لاستخدام ANOVA لاختبار الاختلافات الكبيرة بين العقود في برنامج إحصائي.
ملاحظة: بعض الأنواع (على سبيل المثال ، Tripos spp. ، Chaetoceros diadema) ليس لديها أحجام عينات كبيرة بما يكفي في تسعينيات القرن العشرين. في هذه الحالة ، انقر فوق أو اكتب 't.test()' في برنامج إحصائي لمقارنة متوسط الوفرة في سبعينيات القرن العشرين إلى أواخر القرن العشرين. - استخدم "أداة لوح الرسم" (مربع) في شريط الأدوات للنقر فوق وإنشاء لوح رسم جديد في مساحة عمل جديدة للرسام المحدد المستخدم في هذه الدراسة.
- اصنع ثلاث ألواح رسم متطابقة من نفس الحجم. اضبط الحجم داخل خصائص > تحويل.
ملاحظة: بالنسبة لهذا المشروع ، كانت الألواح الفنية لصور العوالق النباتية 1224 بكسل × 545 بكسل. - اسحب ملف . ملفات EPS لأصناف العوالق النباتية المختلفة على ألواح الرسم الثلاثة.
- قم بتلوين العوالق النباتية بألوان مختلفة تمثل العقد باستخدام أداة التحديد المباشر (سهم أبيض) لرسم مربع حول عوالق نباتية فردية.
- ضمن خصائص ، حدد تعبئة ثم انقر فوق اللون المطلوب من لوحة الألوان. اضغط على Enter لملء المتجه.
- استخدم أداة التحديد (السهم الأسود) لتمييز عوالق نباتية معينة ثم حدد تحرير > نسخ وتحرير لصق >.
- الصق كل ناقل من ناقلات العوالق النباتية نوعيا بناء على النسب النسبية لكل صنف في مجموعة البيانات كما هو محدد في 2.2 لكل عقد من العقود الثلاثة (الشكل 1C).
ملاحظة: وفرة العوالق النباتية على كل لوحة هي تمثيل نوعي للجدول 1. على سبيل المثال ، إذا لوحظت وفرة أعلى من Pseudo-nitzschia spp. في عام 2010 مقارنة بتسعينيات القرن العشرين ، فقم بنسخ المزيد من رسومات Pseudo-nitzschia على اللوحة الفنية لعام 2010 مقارنة باللوحة الفنية لعام 1990. - حدد كائن > نموذج > Make لإنشاء نموذج عوالق نباتية لحامل اللون لكل عقد من العقود الثلاثة.
3. دمج بيانات الكتلة الحيوية للعوالق النباتية ودرجة الحرارة
- انقر فوق أو اكتب "mean ()" لحساب متوسط الكلوروفيل a (chl a ، وكيل الكتلة الحيوية للعوالق النباتية) لكل أسبوع من كل عقد في برنامج إحصائي.
- انقر فوق أو اكتب "plot()" في برنامج إحصائي لرسم متوسط الكتلة الحيوية العقدية (متغير تابع) حسب كل أسبوع (متغير مستقل) وانقر فوق حفظ الرسم البياني ك.JPG أو .PNG.
- ضع .JPG أو .PNG من شكل الكتلة الحيوية العقدي chl في مساحة عمل Illustrator عن طريق فتح الملف من الكمبيوتر أو سحبه وإفلاته في مساحة عمل جديدة.
- كرر الخطوات من 1.3 إلى 1.8 لتوجيه كل دورة من الدورات الموسمية الثلاث ل chl a .
- انتقل إلى عرض > إظهار شبكة الشفافية للكشف عن خلفية رقعة الشطرنج التي تشير إلى الشفافية.
- انقر فوق نافذة > تتبع الصورة في القائمة المنسدلة لفتح نافذة تتبع الصورة.
- انقر فوق أداة التحديد (السهم الأسود) في شريط الأدوات وانقر فوق الصورة.
- انقر فوق كائن > توسيع في القائمة المنسدلة.
- استخدم أداة التحديد المباشر (سهم أبيض) في شريط الأدوات للنقر وتحديد أجزاء الخلفية من الصورة للتخلص منها حول الخط الذي يشير إلى الدورة الموسمية. اضغط على حذف. كرر لكل منطقة خلفية من الشكل.
- انقر فوق ملف > تصدير لحفظ الملف كملف .PNG. تأكد من تحديد المربع شفاف الخلفية.
- ضع .PNG الشكل مع إزالة الخلفية في مساحة عمل جديدة للرسام المحدد المستخدم عن طريق فتح الملف من الكمبيوتر أو سحبه وإفلاته في مساحة عمل جديدة.
- انقر فوق نافذة > تتبع الصورة في القائمة المنسدلة لفتح نافذة تتبع الصورة.
- ضمن خصائص، حدد توسيع لتوجيهه.
- حدد عرض > إظهار شبكة الشفافية.
- انقر فوق الصورة المتجهة ثم انقر بزر الماوس الأيمن وحدد فك التجميع.
- اختر أداة التحديد المباشر (سهم أبيض) في شريط الأدوات. اسحب وارمس مربعا حول المسافة البيضاء فقط. اضغط على حذف لإزالته.
- كرر حتى تتم إزالة كل المسافة البيضاء لكل سطر من سبعينيات و تسعينيات القرن العشرين و 2010.
- انقر فوق ملف > حفظ باسم وحدد . EPS لحفظ كل سطر كرسم متجه منفصل.
- استخدم "أداة لوح الرسم" (مربع) في شريط الأدوات للنقر على السحب، وإنشاء لوح رسم جديد في مساحة عمل Illustrator جديدة.
- اصنع ثلاث ألواح رسم متطابقة من نفس الحجم. اضبط الحجم داخل خصائص > تحويل.
ملاحظة: بالنسبة لهذا المشروع، كانت الأبعاد 1224 بكسل × 3456 بكسل. - قم بسحب وإسقاط أحد chl a . ملفات EPS على واحدة من ألواح الرسم الثلاثة ، على التوالي.
- قم بإنشاء طبقة جديدة بالنقر فوق "رمز الملاحظة اللاصقة".
- قم بإنشاء مستطيل ضمن الطبقة الجديدة باستخدام أداة المستطيل من شريط الأدوات.
- املأ المستطيل بتدرج أزرق فاتح باستخدام أداة التدرج من شريط الأدوات.
- انسخ خط الاتجاه المتجه وأضفه إلى الطبقة مع وجود المستطيل فيه.
- استخدم أداة "مقطع الخط" من شريط الأدوات لإنشاء مربع متصل بخط الاتجاه. اضغط مع الاستمرار على مفتاح shift لجعل الخطوط مستقيمة ومحاذاة.
- اضغط على مفتاح التحكم وحدد كل المكونات، بما في ذلك الخطوط والمستطيل وخط الاتجاه داخل الطبقة.
- حدد كائن > قناع القطع > صنعه. سيؤدي هذا إلى إزالة التعبئة العلوية للشكل.
- املأ الشكل بنموذج العوالق النباتية المحفوظة كحامل لون من 2.11.
- كرر هذه العملية لكل عقد من العقود الثلاثة.
- كرر الخطوتين 3.9 و 3.10 لإنشاء مستطيل ملون بتدرج لوني أحمر إلى أزرق لتمثيل درجة حرارة الماء الدافئ عبر الألواح العقدية الثلاث.
- انقر بزر الماوس الأيمن على الكائن وحركه مرة أخرى خلف أنماط العوالق النباتية.
4. إضافة التفاصيل إلى ألواح العوالق النباتية
- لإضافة صور للعوالق النباتية المصورة إلى أنماط العوالق النباتية، حدد فتح وانقر على ملف الصورة لفتحه في الرسام المستخدم هنا.
- قم بإنشاء دائرة باستخدام أداة القطع الناقص من شريط الأدوات وقم بتراكبها أعلى صورة العوالق النباتية.
- اضغط مع الاستمرار على مفتاح shift لتحديد كل من الشكل والصورة ، ثم في القائمة ، انقر فوق كائن > قناع القطع > Make لملء الشكل بالصورة.
- كرر ذلك للحصول على صور مختارة للعوالق النباتية وتوزيعها على مدى العقود الثلاثة لتبدو وكأنها عدسة مكبرة تقوم بتكبير العوالق النباتية التوضيحية (الشكل 1 د).
ملاحظة: يمكن تكرار الخطوات من 1.3 إلى 1.8 لإضافة عناصر فنية للقوارب والطيور إلى الألواح لجعل دورات CHL الموسمية تبدو مثل أمواج المحيط. - استخدم "أداة المستطيل" من شريط الأدوات لإنشاء مربع نص على كل لوحة من لوحات رسم العقد.
- استخدم "أداة الكتابة" (T) للنقر وكتابة نص إعلامي حول كل عقد. أضف نصا في أعلى كل عقد باسم العقد وأضف أسماء الفصول المقابلة في أسفل كل لوحة من اللوحات الثلاث.
- احفظ مساحة العمل في الرسام.
5. إنتاج الجداريات
- قم باستيراد ملف Illustrator المحفوظ وحدد استيراد العقود الثلاثة المكتملة فقط. حدد الكل وقم بتصديره كملف .PDF.
- افتح ملف .PDF نمط العوالق باستخدام راسمة كبيرة الحجم لتغيير حجم اللوحات الفنية العقدية الثلاثة إلى لوحات مقاس 96 بوصة × 34 بوصة.
- اطبع اللوحات على ورق ثقيل الوزن وقم بتركيبها باستخدام الأجهزة المعلقة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
توثق النتائج انخفاضا في الكتلة الحيوية للعوالق النباتية من سبعينيات القرن العشرين إلى تسعينيات القرن العشرين إلى أواخر القرن العشرين (الشكل 1). أظهرت جميع العقود ذروة ثنائية النمط في تركيز الكلوروفيل أ (chl a) حيث تحدث القمة الأولى في الشتاء والثانية تحدث في الصيف. أظهرت سبعينيات القرن العشرين ارتفاع متوسط chl a في فصل الشتاء منه في الصيف. على العكس من ذلك ، أظهرت تسعينيات القرن العشرين انخفاض chl a في فصل الشتاء منه في الصيف. عاد عام 2010 إلى تركيز متوسط أعلى في الشتاء منه في الصيف. تنعكس هذه النتائج في المنتج النهائي من خلال قمم chl a المختلفة في اللوحات وكذلك مع إضافة مربعات النص للتأكيد على المكونات المختلفة لمجموعة بيانات chl a (الشكل 2).
كشف تحليل أصناف العوالق النباتية ذات الصلة بيئيا من خليج ناراغانسيت عن مجموعة واسعة من الوفرة بمرور الوقت. غالبا ما يخفي هذا الاختلاف أي اختلافات ذات دلالة إحصائية في الأصناف بين العقود الثلاثة على الرغم من انخفاض أصناف HAB و Dinophysis spp. و Tripos spp. (يشار إليها سابقا باسم Ceratium) (الجدول 1). في المقابل ، زاد Thalassiosira nordenskioeldii و Skeletonema spp. (الجدول 1). تتأرجح الأصناف الأخرى بكثرة مثل Eucampia zodiacus (الجدول 1). تم توضيح هذه النتائج في المنتج النهائي من خلال زيادة وجود المزيد من صور E. zodiacus في عام 2010 مقارنة بسبعينيات و تسعينيات القرن العشرين ، بالإضافة إلى صورة مجهرية متراكبة ل E. zodiacus لجلب الأنواع الفعلية إلى "الحياة الحقيقية" للجمهور (الشكل 2 و 3).
| اسم الأصناف | نوع | 1970-79 متوسط ± SD (الخلايا L-1) | 1990-99 متوسط ± SD (الخلايا L-1) | 2010-19 متوسط ± SD (الخلايا L-1) | القيمة الاحتمالية |
| الزائفة نيتزشيا النيابة. | دياتوم | 3701 ± 18235 | 5123 ± 24396 | 12919 ± 58632 | > 0.05 |
| ثالاسيونيما نيتزشيويدس | دياتوم | 81797 ± 245710 | 22909 ± 59246 | 62656 ± 292940 | > 0.05 |
| تريبوس النيابة. | دينوفلاجيلات | 1933 ± 703 | 500 ± 706 | 841 ± 353 | < 0.001 |
| يوكامبيا زودياكوس | دياتوم | 27266 ± 27675 | 7500 ± 2121 | 90764 ± 181415 | > 0.05 |
| ثالاسيوسيرا نوردينسكيويلدي | دياتوم | 76800 ± 150545 | 27000 ± 28284 | 362411 ± 376064 | 0.008 |
| أودونتيلا أوريتا | دياتوم | 5571 ± 8541 | 5000 ± 2645 | 17750 ± 23485 | > 0.05 |
| تشيتوسيروس دياديما | دياتوم | 103027 ± 239802 | 18000 ± 0 | 40402 ± 46128 | > 0.05 |
| الهيكل العظمي النيابة. | دياتوم | 2457847 ± 7814228 | 1884674 ± 4888589 | 1349184 ± 3732765 | 0.003 |
| ديناصور النيابة. | دينوفلاجيلات | 5166 ± 8983 | 1978 ± 1840 | 2331 ± 2504 | < 0.001 |
الجدول 1: عدد العوالق النباتية. المتوسط (الخلايا L-1) والانحراف المعياري لتركيزات العوالق النباتية لكل صنف لكل عقد. يحدد النوع ما إذا كانت العوالق النباتية مصنفة على أنها دياتوم أو دينوفلاجيلات. تم إجراء اختبار ANOVA أو t لاختبار الاختلافات ذات الدلالة الإحصائية في متوسط الوفرة بين العقود الثلاثة (ANOVA) أو اثنين (اختبار t) عندما كان حجم العينة المنخفض موجودا في تسعينيات القرن العشرين (أي Tripos spp. ، Eucampia zodiacus ، Thalassiosira nordenskioeldii ، Odontella aurita ، و Chaetoceros diadema). يتم تحديد قيم p المهمة عند α = 0.05 ويشار إليها بالخط العريض.
الشكل 1: رسم تخطيطي للمنهجية. أ) تحويل الصورة المجهرية إلى رسم توضيحي متجه ، ب) إنشاء نمط متكرر لكل عقد (سبعينيات القرن العشرين ، تسعينيات القرن العشرين ، 2010) ، ج) استخدام بيانات الكلوروفيل العقدية لإبلاغ أشكال الأنماط. املأ الخلفية بنظام ألوان أزرق إلى أحمر لتمثيل زيادة درجة حرارة الماء ، و د) وضع اللمسات الأخيرة على المنتج عن طريق إضافة نص لإبلاغ الميزات المميزة في الأنماط والصور المجهرية للعوالق النباتية المستخدمة لإنشاء رسومات توضيحية. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: التصور المكتمل. الانتهاء من تصور العوالق النباتية في الرسام. تشمل الأصناف Thalassiosira nordenskioeldii ، Thalassionema nitzschioides ، Tripos spp. ، Odontella aurita ، مجمع أنواع الهيكل العظمي ، Chaetoceros diadema ، Eucampia zodiacus ، Dinophysis spp. ، و Pseudo-nitzschia spp. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: قطعة فنية مكتملة. تم الانتهاء من تصور العوالق النباتية في الرسام جنبا إلى جنب مع النسخة المطبوعة ل A) سبعينيات القرن العشرين ، ب) تسعينيات القرن العشرين ، و C) أواخر القرن العشرين. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
تشمل الخطوات الحاسمة للبروتوكول الحصول على صور مجهرية للعوالق النباتية وتحويلها إلى رسومات متجهة. إن جعل صور العوالق النباتية ، التي لا يمكن ملاحظتها بالعين المجردة ، كبيرة بما يكفي لرؤيتها بدون عدسة مكبرة على اللوحة الجدارية ، يساعد على جعلها تنبض بالحياة للمشاهد. لإنجاز هذه اللوحة الجدارية ليس فقط كعمل فني ولكن أيضا كطريقة لتصور البيانات ، من المهم دمج البيانات المرصودة في المشروع. في حالة العوالق النباتية الجدارية ، تمثل دورات الكلوروفيل أ (chl a) السنوية التي تم حسابها حسب العقد البيانات الفعلية وتظهر كيف انخفض chl a بمقدار العقد على الألواح المختلفة. بالنسبة لوفرة العوالق النباتية ، يختلف متوسط تركيزات بعض الأصناف بين العقود ، وبالتالي ، فإن الوفرة الأعلى للأصناف التي لوحظت في عقد معين سيكون لها المزيد من الرسومات لتلك الأصناف المنسوخة على اللوحة العقدية مقارنة بلوحة أخرى ذات وفرة متوسطة. إن استخدام البيانات المرصودة لإبلاغ العناصر الفنية ، مثل تدرج اللون من الأزرق إلى الأحمر لتمثيل الزيادات في درجات الحرارة ، يساعد أيضا في تصور هذه البيانات العلمية.
يمكن أن تشمل تعديلات الطريقة الحصول على صور مجهرية للعوالق النباتية من مستودعات الصور المفتوحة الوصول بالإضافة إلى استخدام أنظمة تصوير العوالق النباتية الأخرى للصور الفوتوغرافية إلى جانب المجهر (على سبيل المثال ، Imaging Flow-Cytobot). علاوة على ذلك ، يمكن أن تتضمن الصور المجهرية والبيانات العلمية تعداد العوالق النباتية اليومية والصور ، بدلا من عقود ، لمجموعات بيانات السلاسل الزمنية الأقصر ، بالإضافة إلى صور العوالق الحيوانية للكشف عن تفاعلات الشبكة الغذائية. وأخيرا، يمكن إدراج متوسط درجات الحرارة المسجلة لكل عقد على الألواح لتحديد التغيرات في درجة الحرارة، أو خط اتجاه مرسوم بالقرب من أسفل اللوحات، بالإضافة إلى التغييرات التوضيحية الموضحة من خلال خلفية التدرج. تشمل القيود استكشاف أخطاء هذه البيانات العلمية وإصلاحها لتوسيع نطاقها داخل حدود القطعة الفنية المادية بالإضافة إلى الحصول على أدوات للطباعة على الألواح الكبيرة. من المهم أيضا التأكد من أن لون الخلفية شفاف بدرجة كافية للكشف عن التغيرات في وفرة العوالق النباتية بشكل واضح بمرور الوقت ، والتي قد يكون من الصعب تمييزها حتى تتم طباعتها. أخيرا ، يعد Adobe Illustrator برنامجا احتكاريا ، مما قد يحد من إمكانية الوصول لبعض المستخدمين ، ولكن تتوفر برامج توضيحية مجانية (على سبيل المثال ، Inkscape و GIMP و Vectr و Vectornator). يمثل تكييف البروتوكول لإنتاج جداريات العوالق النباتية على هذه البرامج المجانية عملا مستقبليا مفيدا لزيادة إمكانية الوصول.
وبالنظر إلى أن العوالق النباتية تمثل قاعدة الشبكة الغذائية في جميع النظم البحرية تقريبا، فإن الإبلاغ عن أهميتها أمر بالغ الأهمية؛ ومع ذلك ، فإن معظم الدراسات في بيئة العوالق النباتية تقدم النتائج فقط كرسوم بيانية للبيانات تقلل من إمكانية الوصول إليها للجمهور العام. يظهر البروتوكول المقدم هنا لتطوير جدارية العوالق النباتية تأثير تصور البيانات العلمية من خلال عدسة فنية17. من خلال تحليل هذه اللوحة الجدارية ، يمكن للمشاهد أن يرى أن الكتلة الحيوية للعوالق النباتية قد انخفضت في خليج ناراغانسيت (NBay) منذ سبعينيات القرن العشرين. يحدث هذا الانخفاض خلال فترة كانت هناك زيادات طويلة الأجل في درجة حرارة مياه البحر في NBay13. كما لوحظت تحولات مماثلة في مجتمعات العوالق (أي العوالق الحيوانية) مع ارتفاع درجات حرارة مياه البحر في مصب خليج سان فرانسيسكو ، والذي ، مثل NBay ، يدعم عددا كبيرا من السكان18,19. يمثل هذا النهج طريقة تصور يمكن استخدامها للعديد من السلاسل الزمنية للعوالق الأخرى ، مثل مصب خليج سان فرانسيسكو ، في جميع أنحاء العالم.
في لمحة بعيدة ، يتغير شكل ولون الألواح بمرور الوقت. عند النظر إلى الألواح عن كثب ، تعكس أنماط العوالق النباتية التحولات في وفرة والكتلة الحيوية للأصناف المختلفة. هذا هو المكان الذي يصطدم فيه عالما الفن والعلوم في أن الأنماط العلمية هي الأنماط الحرفية الموضحة على اللوحة الجدارية. من الواضح أن هناك ما هو أكثر بكثير في NBay مما يظهر على سطح الماء من خلال تصور بيانات العوالق النباتية من خلال الفن.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للإعلان عنه.
Acknowledgments
تم دعم هذا البحث من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم (OIA-1655221 ، OCE-1655686) ومنحة بحر رود آيلاند (NA22-OAR4170123 ، RISG22-R / 2223-95-5-U). نشكر العديد من القباطنة على تقديم المساعدة الميدانية والعديد من الطلاب والباحثين الذين جمعوا البيانات منذ عام 1970. نشكر ستيوارت كوبلاند وجورجيا رودس على تطوير مشروع Vis-A-Thon الذي أنتج جدارية العوالق وكذلك رافائيل أتياس من مدرسة رود آيلاند للتصميم لتوجيهه الفني أثناء تطوير المشروع.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Adobe Illustrator | Adobe | version 23.0.6 | Free alternatives include: Inkscape, GIMP, Vectr, Vectornator |
| Eclipse E800 | Nikon | ECLIPSE Ni/Ci Upright Microscope | Now succeeded by Eclipse Ni-U |
| Epson Large Format Printer | Epson | SCT5475SR | |
| Heavy Matte Paper | Epson | S041596 | |
| RStudio | Rstudio, PBC | version 2022.07.1 | Any statistical software tool will suffice |
References
- Cloern, J. E., Jassby, A. D. Complex seasonal patterns of primary producers at the land-sea interface. Ecology Letters. 11 (12), 1294-1303 (2008).
- Cloern, J. E., Jassby, A. D. Patterns and Scales of Phytoplankton Variability in Estuarine-Coastal Ecosystems. Estuaries and Coasts. 33 (2), 230-241 (2010).
- Hays, G. C., Richardson, A. J., Robinson, C. Climate change and marine plankton. Trends in Ecology & Evolution. 20 (6), 337-344 (2005).
- Harvey, C. J., et al. The importance of long-term ecological time series for integrated ecosystem assessment and ecosystem-based management. Progress in Oceanography. 188, 102418 (2020).
- Leeuwe, M. A., et al. Annual patterns in phytoplankton phenology in Antarctic coastal waters explained by environmental drivers. Limnology and Oceanography. 65 (7), 1651-1668 (2020).
- Hunter-Cevera, K. R., et al. Physiological and ecological drivers of early spring blooms of a coastal phytoplankter. Science. 354 (6310), 326-329 (2016).
- Church, M. J., Lomas, M. W., Muller-Karger, F. Sea change: Charting the course for biogeochemical ocean time-series research in a new millennium. Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography. 93, 2-15 (2013).
- Bates, N. R., Johnson, R. J. Acceleration of ocean warming, salinification, deoxygenation and acidification in the surface subtropical North Atlantic Ocean. Communications Earth & Environment. 1 (1), 33 (2020).
- Wolanski, E., Spagnol, S., Gentien, P., Spaulding, M., Prandle, D.
- United Nations. Factsheet: People and Oceans (2017). , The Ocean Conference. New York. https://www.un.org/sustainabledevelopment/wp-content/uploads/2017/05/Ocean-fact-sheet-package.pdf (2017).
- Oviatt, C. A. The changing ecology of temperate coastal waters during a warming trend. Estuaries. 27 (6), 895-904 (2004).
- Oviatt, C., et al. Managed nutrient reduction impacts on nutrient concentrations, water clarity, primary production, and hypoxia in a north temperate estuary. Estuarine, Coastal and Shelf Science. 199, 25-34 (2017).
- Fulweiler, R. W., Oczkowski, A. J., Miller, K. M., Oviatt, C. A., Pilson, M. E. Q. Whole truths vs. half truths - And a search for clarity in long-term water temperature records. Estuarine, Coastal and Shelf Science. 157, A1-A6 (2015).
- Trainer, V. L., et al. Pseudo-nitzschia physiological ecology, phylogeny, toxicity, monitoring and impacts on ecosystem health. Harmful Algae. 14, 271-300 (2012).
- Sterling, A. R., et al. Emerging harmful algal blooms caused by distinct seasonal assemblages of a toxic diatom. Limnology and Oceanography. 67 (11), 2341-2359 (2022).
- Roche, K. M., Sterling, A. R., Rynearson, T. A., Bertin, M. J., Jenkins, B. D. A Decade of Time Series Sampling Reveals Thermal Variation and Shifts in Pseudo-nitzschia Species Composition That Contribute to Harmful Algal Blooms in an Eastern US Estuary. Frontiers in Marine Science. 9, 889840 (2022).
- Li, Qi Data visualization as creative art practice. Visual Communication. 17 (3), 299-2222312 (2018).
- Cloern, J. E., et al. Projected Evolution of California's San Francisco Bay-Delta-River System in a Century of Climate Change. PLoS ONE. 6 (9), e24465 (2011).
- Bashevkin, S. M., et al. Five decades (1972-2020) of zooplankton monitoring in the upper San Francisco Estuary. PLOS ONE. 17 (3), e0265402 (2022).
