Summary
Qui, presentiamo un protocollo per convertire le immagini microscopiche del fitoplancton in grafica vettoriale e modelli ripetitivi per consentire la visualizzazione dei cambiamenti nei taxa e nella biomassa del fitoplancton nell'arco di 60 anni. Questo protocollo rappresenta un approccio che può essere utilizzato per altre serie temporali e set di dati sul plancton a livello globale.
Abstract
Le serie temporali oceanografiche forniscono un'importante prospettiva sui processi ambientali negli ecosistemi. La Narragansett Bay Long-Term Plankton Time Series (NBPTS) a Narragansett Bay, Rhode Island, USA, rappresenta una delle più lunghe serie temporali del plancton (1959-oggi) del suo genere al mondo e rappresenta un'opportunità unica per visualizzare i cambiamenti a lungo termine all'interno di un ecosistema acquatico. Il fitoplancton rappresenta la base della rete alimentare nella maggior parte dei sistemi marini, compresa la baia di Narragansett. Pertanto, comunicare la loro importanza ai 2,4 miliardi di persone che vivono all'interno dell'oceano costiero è fondamentale. Abbiamo sviluppato un protocollo con l'obiettivo di visualizzare la diversità e l'entità del fitoplancton utilizzando Adobe Illustrator per convertire le immagini microscopiche del fitoplancton raccolte dall'NBPTS in grafica vettoriale che potrebbe essere conformata in modelli visivi ripetitivi nel tempo. Per la conversione dell'immagine sono stati selezionati taxa numericamente abbondanti o che rappresentavano una minaccia economica e sanitaria, come i taxa di fioritura algale dannosi, Pseudo-nitzschia spp.. Sono stati quindi creati modelli di varie immagini di fitoplancton in base alla loro abbondanza relativa per decenni selezionati di dati raccolti (1970, 1990 e 2010). I modelli decennali della biomassa del fitoplancton hanno informato il contorno di ogni decennio, mentre un gradiente di colore di sfondo dal blu al rosso è stato utilizzato per rivelare un aumento della temperatura a lungo termine osservato nella baia di Narragansett. Infine, grandi pannelli di 96 pollici per 34 pollici sono stati stampati con modelli ripetuti di fitoplancton per illustrare i potenziali cambiamenti nell'abbondanza di fitoplancton nel tempo. Questo progetto consente la visualizzazione di cambiamenti letterali nella biomassa del fitoplancton, che sono tipicamente invisibili ad occhio nudo, sfruttando i dati delle serie in tempo reale (ad esempio, la biomassa e l'abbondanza del fitoplancton) all'interno dell'opera d'arte stessa. Rappresenta un approccio che può essere utilizzato per molte altre serie temporali del plancton per la visualizzazione dei dati, la comunicazione, l'educazione e gli sforzi di sensibilizzazione.
Introduction
Il fitoplancton è un produttore primario che rappresenta la base della rete alimentare negli ecosistemi acquatici 1,2. Sebbene i programmi di monitoraggio del fitoplancton siano fondamentali per identificare i cambiamenti attuali e futuri negli ecosistemi marini, il loro supporto sta diminuendo nel tempo 3. A causa dei loro tempi di generazione relativamente brevi e della mobilità limitata, i fitoplancton sono particolarmente sensibili ai cambiamenti climatici, il che li rende uno strumento importante nel monitoraggio delle serie temporali. Le serie temporali del fitoplancton sono importanti anche per informare la gestione ecosistemica della disponibilità delle risorse e fornire un contesto per eventi episodici, come le ondate di calore marine4. Le serie temporali a breve termine, in termini di anni, forniscono informazioni sulla successione delle comunità di fitoplancton e sulle dinamiche stagionali (ad esempio, ref.5,6), mentre le serie temporali a lungo termine, come i programmi Bermuda Atlantic Time Series (BATS) e Hawaii Ocean Times Series (HOTS), coprono più di due decenni e consentono di rilevare tendenze a lungo termine 7,8. Tali studi illustrano il beneficio e l'importanza di un record di fitoplancton ad alta risoluzione per una comprensione completa del cambiamento a lungo termine dell'ecosistema in ambienti marini dinamici. Inoltre, la visualizzazione e la comunicazione di questi cambiamenti nel fitoplancton, che non possono essere visti ad occhio nudo, sono più difficili da comprendere rispetto agli organismi che sono grandi e facilmente visibili, come pesci e balene. Le visualizzazioni computerizzate offrono una tecnica per esplorare set di dati complessi9 e grafici illustrativi migliorati stanno diventando prontamente disponibili (ad esempio, Integration and Application Network, University of Maryland Center for Environmental Science). Tuttavia, la maggior parte degli studi sull'ecologia del fitoplancton, compresi molti a cui si fa riferimento qui, presentano ancora i risultati solo come grafici di dati che riducono la loro accessibilità al pubblico generale. Dato che il fitoplancton rappresenta la base della catena alimentare nella maggior parte dei sistemi marini, comunicare la loro importanza ai quasi 2,4 miliardi di persone che vivono all'interno dell'oceano costieroè fondamentale 10. Qui, abbiamo sviluppato un protocollo con l'obiettivo di visualizzare la diversità e l'entità del fitoplancton, come raccolto da un programma di monitoraggio del fitoplancton.
La serie temporale del plancton della baia di Narragansett (NBPTS) fornisce una prospettiva a lungo termine di 60+ anni (1959-oggi) sugli effetti del cambiamento globale all'interno di un contesto climatico sull'abbondanza del fitoplancton, sulla stagionalità e sulla fenologia (storia della vita). La baia di Narragansett (NBay) è un estuario costiero collegato ai più ampi sistemi della piattaforma nord-orientale degli Stati Uniti e dell'Atlantico nord-occidentale, la cui produzione ha importanti implicazioni per la pesca e l'uso umano lungo la costa degli Stati Uniti. NBay è considerato un sistema altamente stagionale che sperimenta un riscaldamento a lungo termine (1950-2015) delle acque nella regione, nonché cambiamenti nei nutrienti e un aumento della limpidezza dell'acqua12,13. Inoltre, si è verificato un declino della biomassa di fitoplancton nell'alto NBay correlato alla diminuzione antropica dell'azoto inorganico disciolto, che è in parte attribuito agli aggiornamenti negli impianti di trattamento delle acque reflue12. Cambiamenti nei taxa di fitoplancton, in particolare nelle fioriture algali dannose (HAB), si stanno verificando anche in NBay. Pseudo-nitzschia spp., che produce fioriture tossiche pervasive nelle regioni di upwelling lungo la costa occidentale degli Stati Uniti, ha portato a notevoli chiusure di molluschi per la prima volta nella storia di NBay nel 2016 e nel 2017 14,15,16. Comunicare questi cambiamenti a un pubblico eterogeneo è importante per aumentare l'alfabetizzazione scientifica e per promuovere il supporto continuo agli studi di monitoraggio del fitoplancton.
L'obiettivo di questo progetto è stato quello di utilizzare immagini microscopiche del fitoplancton da NBay, nonché i dati sintetizzati da NBPTS, per visualizzare i cambiamenti letterali nei taxa di fitoplancton e nella biomassa che si stanno verificando in NBay per comunicare e migliorare l'importanza del fitoplancton al pubblico generale. NBPTS fornisce 60+ anni di conteggi settimanali del fitoplancton e biomassa pubblicamente disponibili per sfruttare i dati di (https://web.uri.edu/gso/research/plankton/). Il prodotto finale è stato un grande murale di modelli di plancton rappresentativi dei dati delle serie temporali (ad esempio, biomassa e taxa di fitoplancton, temperatura) all'interno dell'opera d'arte stessa. Questo approccio rappresenta un metodo di visualizzazione che può essere utilizzato per molte altre serie temporali di plancton in tutto il mondo e può essere adattato anche per programmi di monitoraggio con dati stagionali a breve termine. I vantaggi dell'implementazione di questo protocollo includono l'aumento degli sforzi nella visualizzazione dei dati, nella comunicazione scientifica, nell'istruzione e nell'impegno con le comunità locali.
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Protocol
1. Conversione di immagini di fitoplancton in grafica vettoriale
- Selezionare le immagini microscopiche del fitoplancton prese dalla serie temporale del plancton a lungo termine della baia di Narragansett (NBPTS) come file .JPG, .PNG o .PDF (Figura 1A).
NOTA: I taxa includono Thalassiosira nordenskioeldii, Thalassionema nitzschioides, Tripos spp., Odontella aurita, Skeletonema species complex, Chaetoceros diadema, Eucampia zodiacus, Dinophysis spp. e Pseudo-nitzschia spp. Le immagini sono state scattate con un microscopio ottico. - Aprire un software specifico per l'editor di grafica vettoriale o l'illustratore utilizzato per questo studio (vedere la tabella dei materiali). Il software di grafica vettoriale è stato menzionato come illustratore più avanti nel manoscritto.
- Inserite un'immagine microscopica .JPG o .PNG nell'area di lavoro di Illustrator aprendo un file dal computer o trascinandolo in una nuova area di lavoro.
- Vai a Visualizza > Mostra griglia di trasparenza per visualizzare lo sfondo a scacchiera che indica la trasparenza.
- Fare clic su Finestra > Ricalco immagine nel menu a discesa per aprire la finestra Ricalco immagine.
- Fare clic sullo strumento Selezione (freccia nera) nella barra degli strumenti e fare clic sull'immagine del fitoplancton.
- Fare clic su Oggetto > Espandi nel menu a discesa.
- Usa lo strumento selezione diretta (freccia bianca) nella barra degli strumenti per fare clic e selezionare le parti di sfondo dell'immagine da eliminare intorno al fitoplancton. Premere Canc.
- Ripetere l'operazione per ogni area di sfondo dell'immagine.
- Fare clic su File > Esporta per salvare il file come file .PNG. Assicurarsi che la casella Sfondo trasparente sia selezionata.
- Posiziona .PNG'immagine microscopica con lo sfondo rimosso in una nuova area di lavoro in Illustrator aprendo il file dal computer o trascinandolo in una nuova area di lavoro.
- Fare clic su Finestra > Ricalco immagine nel menu a discesa per aprire la finestra Ricalco immagine.
- Sotto le opzioni Ricalco immagine, fare clic su Predefinito > Logo in bianco e nero e Modalità > Bianco e nero.
- Utilizzare le opzioni Soglia e Avanzate (ad esempio, Tracciati, Angoli e Disturbo) per perfezionare l'immagine.
- In Proprietà, selezionare Espandi per vettorizzarlo.
- Selezionare Visualizza > Mostra griglia di trasparenza.
- Fare clic sull'immagine vettoriale, quindi fare clic con il pulsante destro del mouse e selezionare Separa.
- Scegliete lo strumento selezione diretta (freccia bianca) nella barra degli strumenti. Trascina e disegna un riquadro solo attorno allo spazio bianco. Premere Elimina per rimuoverlo.
- Ripetere l'operazione fino a rimuovere tutti gli spazi vuoti.
- Fare clic su File > Salva con nome e selezionare . EPS da salvare come grafica vettoriale.
- Ripetere per i taxa di fitoplancton da 1.1 (Figura 1B).
2. Creazione di modelli di fitoplancton
- Utilizza i dati di conteggio del fitoplancton dal set di dati NBPTS per determinare l'abbondanza media di ciascun taxon dal 1970-1979 (1970), 1990-1999 (1990) e 2010-2019 (2010).
- Calcola la media ± la deviazione standard per ciascun taxa di fitoplancton per ogni decennio in un programma software statistico facendo clic o digitando "mean() and sd()".
- Fare clic o digitare 'aov() ' per utilizzare un'ANOVA per testare le differenze significative tra i decenni in un programma software statistico.
NOTA: Alcune specie (ad esempio, Tripos spp., Chaetoceros diadema) non hanno campioni di dimensioni sufficientemente grandi negli anni '90. In questo caso, fai clic o digita "t.test()" in un programma software statistico per confrontare le abbondanze medie negli anni '70 con quelle del 2010. - Usa lo "Strumento Tavola da disegno" (quadrato) nella barra degli strumenti per fare clic e creare una nuova tavola da disegno in una nuova area di lavoro dell'illustratore specifico utilizzato in questo studio.
- Crea tre tavole da disegno identiche della stessa dimensione. Regolare le dimensioni all'interno di Proprietà > Trasforma.
NOTA: Per questo progetto, le tavole da disegno per le immagini del fitoplancton erano 1224 px per 545 px. - Trascina e rilascia il file . EPS dei diversi taxa di fitoplancton sulle tre tavole da disegno.
- Colora il fitoplancton con diversi colori rappresentativi del decennio utilizzando lo strumento Selezione diretta (freccia bianca) per disegnare un riquadro attorno a un singolo fitoplancton.
- In Proprietà, selezionare Riempimento , quindi fare clic sul colore desiderato dalla tavolozza dei colori. Premere Invio per riempire il vettore.
- Usa lo strumento Selezione (freccia nera) per evidenziare un particolare fitoplancton, quindi seleziona Modifica > Copia e Modifica > Incolla.
- Incollare qualitativamente ogni vettore di fitoplancton in base alle proporzioni relative di ciascun taxa nel set di dati, come determinato in 2.2 per ciascuna delle tre decadi (Figura 1C).
NOTA: L'abbondanza di fitoplancton su ciascun pannello è una rappresentazione qualitativa della Tabella 1. Ad esempio, se negli anni 2010 si osserva un'abbondanza maggiore di Pseudo-nitzschia spp. rispetto agli anni '90, copiare più grafica di Pseudo-nitzschia sulla tavola da disegno del 2010 rispetto alla tavola da disegno del 1990. - Selezionare Oggetto > Motivo > Crea per creare un modello di fitoplancton campione di colore per ciascuna delle tre decadi.
3. Incorporare i dati sulla biomassa e sulla temperatura del fitoplancton
- Fai clic su o digita 'mean()' per calcolare la clorofilla media a (chl a, proxy per la biomassa del fitoplancton) per ogni settimana di ogni decennio in un programma software statistico.
- Fare clic o digitare 'plot()' in un software statistico per rappresentare graficamente la biomassa decennale media (variabile dipendente) per ogni settimana (variabile indipendente) e fare clic su Salva il grafico come .JPG o .PNG.
- Posiziona una .JPG o .PNG della figura di biomassa decennale nell'area di lavoro di Illustrator aprendo il file dal computer o trascinandolo in una nuova area di lavoro.
- Ripetere i passaggi da 1.3 a 1.8 per vettorializzare ciascuno dei tre cicli stagionali di chl a .
- Vai a Visualizza > Mostra griglia di trasparenza per visualizzare lo sfondo a scacchiera che indica la trasparenza.
- Fare clic su Finestra > Ricalco immagine nel menu a discesa per aprire la finestra Ricalco immagine.
- Fare clic sullo strumento Selezione (freccia nera) nella barra degli strumenti e fare clic sull'immagine.
- Fare clic su Oggetto > Espandi nel menu a discesa.
- Usate lo strumento selezione diretta (freccia bianca) nella barra degli strumenti per fare clic e selezionare le parti di sfondo dell'immagine da eliminare intorno alla linea che indica il ciclo stagionale. Premere Canc. Ripetere l'operazione per ogni area di sfondo della figura.
- Fare clic su File > Esporta per salvare il file come file .PNG. Assicurarsi che la casella Sfondo trasparente sia selezionata.
- Posiziona .PNG figura con lo sfondo rimosso in una nuova area di lavoro dell'illustratore specifico utilizzato aprendo il file dal computer o trascinandolo in una nuova area di lavoro.
- Fare clic su Finestra > Ricalco immagine nel menu a discesa per aprire la finestra Ricalco immagine.
- In Proprietà, selezionare Espandi per vettorizzarlo.
- Selezionare Visualizza > Mostra griglia di trasparenza.
- Fare clic sull'immagine vettoriale, quindi fare clic con il pulsante destro del mouse e selezionare Separa.
- Scegliete lo strumento selezione diretta (freccia bianca) nella barra degli strumenti. Trascina e disegna un riquadro solo attorno allo spazio bianco. Premere Elimina per rimuoverlo.
- Ripeti fino a quando tutti gli spazi bianchi non vengono rimossi per ciascuna delle righe degli anni '70, '90 e 2010.
- Fare clic su File > Salva con nome e selezionare . EPS per salvare ogni riga come grafica vettoriale separata.
- Usa lo "strumento Tavola da disegno" (quadrato) nella barra degli strumenti per fare clic su Trascina e crea una nuova tavola da disegno in una nuova area di lavoro di Illustrator.
- Crea tre tavole da disegno identiche della stessa dimensione. Regolare le dimensioni all'interno di Proprietà > Trasforma.
NOTA: Per questo progetto, le dimensioni erano 1224 px per 3456 px. - Trascina e rilascia uno dei chl a . EPS su una delle tre tavole da disegno, rispettivamente.
- Crea un nuovo livello facendo clic sull'icona della nota adesiva.
- Crea un rettangolo all'interno del nuovo livello con lo strumento Rettangolo dalla barra degli strumenti.
- Riempi il rettangolo con una sfumatura azzurra utilizzando lo strumento Sfumatura dalla barra degli strumenti.
- Copiare la linea di tendenza vettorizzata e aggiungerla al livello con il rettangolo al suo interno.
- Usa lo strumento "Segmento di linea" dalla barra degli strumenti per creare un riquadro collegato alla linea di tendenza. Tieni premuto Maiusc per rendere le linee dritte e allineate.
- Premere il tasto Ctrl e selezionare tutti i componenti, comprese le linee, il rettangolo e la linea di tendenza all'interno del livello.
- Selezionare Oggetto > maschera di ritaglio > creare. Questo rimuoverà il riempimento superiore della forma.
- Riempi la forma con il motivo di fitoplancton salvato come campione di colore dalla versione 2.11.
- Ripeti questo processo per ciascuna delle tre decadi.
- Ripetere i passaggi 3.9 e 3.10 per creare un rettangolo colorato con una sfumatura di colore da rosso a blu per rappresentare la temperatura dell'acqua calda nei tre pannelli decennali.
- Fare clic con il pulsante destro del mouse sull'oggetto e spostarlo di nuovo dietro i modelli di fitoplancton.
4. Aggiunta di dettagli ai pannelli di fitoplancton
- Per aggiungere immagini di fitoplancton fotografato ai modelli di fitoplancton, selezionare Apri e fare clic sul file immagine per aprirlo nell'illustratore utilizzato qui.
- Crea un cerchio con lo strumento Ellisse dalla barra degli strumenti e sovrapponilo all'immagine del fitoplancton.
- Tieni premuto il tasto Maiusc per selezionare sia la forma che l'immagine, quindi nel menu fai clic su Oggetto > Maschera di ritaglio > Crea per riempire la forma con l'immagine.
- Ripetere l'operazione per selezionare le immagini del fitoplancton e distribuirle nei tre decenni in modo da sembrare una lente d'ingrandimento che ingrandisce il fitoplancton illustrativo (Figura 1D).
NOTA: I passaggi da 1.3 a 1.8 possono essere ripetuti per aggiungere elementi artistici di barche e uccelli ai pannelli per rendere i cicli stagionali simili alle onde dell'oceano. - Usa lo strumento "Rettangolo" dalla barra degli strumenti per creare una casella di testo su ciascuna delle tavole da disegno del decennio.
- Usa lo "Strumento Testo" (T) per fare clic e digitare il testo informativo su ogni decennio. Aggiungi il testo all'inizio di ogni decennio con il nome del decennio e aggiungi i nomi delle stagioni corrispondenti nella parte inferiore di ciascuno dei tre pannelli.
- Salvate l'area di lavoro nell'illustratore.
5. Produzione murale
- Importate il file Illustrator salvato e selezionate questa opzione per importare solo le tre decadi completate. Seleziona tutto ed esporta come file .PDF.
- Aprite il file .PDF del motivo del plancton con un plotter di grande formato per ridimensionare le tre tavole da disegno decennali in pannelli da 96 pollici per 34 pollici.
- Stampare i pannelli su carta pesante e installarli con la ferramenta sospesa.
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Representative Results
I risultati documentano un declino della biomassa di fitoplancton dagli anni '70 agli anni '90 e agli anni 2010 (Figura 1). Tutti i decenni hanno mostrato un picco bimodale nella concentrazione di clorofilla a (chl a) con il primo picco che si verifica in inverno e il secondo che si verifica in estate. Gli anni '70 hanno mostrato una media di chl a più alta in inverno che in estate. Al contrario, gli anni '90 hanno mostrato una minore chla in inverno rispetto all'estate. Gli anni 2010 sono tornati a una concentrazione media più alta in inverno rispetto all'estate. Questi risultati si riflettono nel prodotto finale attraverso diversi picchi di chl a nei pannelli e con le caselle di testo aggiunte per enfatizzare i diversi componenti del set di dati chl a (Figura 2).
L'analisi dei taxa di fitoplancton ecologicamente rilevanti della baia di Narragansett ha rivelato un'ampia gamma di abbondanze nel tempo. Questa variazione spesso mascherava eventuali differenze statisticamente significative nei taxa tra i tre decenni, anche se i taxa HAB, Dinophysis spp. e Tripos spp. (precedentemente indicato come Ceratium) sono diminuiti (Tabella 1). Al contrario, Thalassiosira nordenskioeldii e Skeletonema spp. sono aumentati (Tabella 1). Altri taxa oscillavano in abbondanza, come l'Eucampia zodiacus (Tabella 1). Questi risultati sono stati illustrati nel prodotto finale dall'aumento della presenza di più immagini di E. zodiacus negli anni 2010 rispetto agli anni '70 e '90, nonché da un'immagine microscopica sovrapposta di E. zodiacus per portare la specie reale alla "vita reale" per il pubblico (Figura 2 e 3).
| Nome del taxa | Digitare | 1970-79 Media ± DS (celle L-1) | 1990-99 Media ± DS (celle L-1) | 2010-19 Media ± DS (celle L-1) | valore p |
| Pseudo-nitzschia spp. | Diatomee | 3701 ± 18235 | 5123 ± 24396 | 12919 ± 58632 | > 0,05 |
| Thalassionema nitzschioides | Diatomee | 81797 ± 245710 | 22909 ± 59246 | 62656 ± 292940 | > 0,05 |
| Tripos spp. | Dinoflagellato | 1933 ± 703 | 500 ± 706 | 841 ± 353 | < 0,001 |
| Eucampia zodiacus | Diatomee | 27266 ± 27675 | 7500 ± 2121 | 90764 ± 181415 | > 0,05 |
| Thalassiosira nordenskioeldii | Diatomee | 76800 ± 150545 | 27000 ± 28284 | 362411 ± 376064 | 0.008 |
| Aurita di Odontella | Diatomee | 5571 ± 8541 | 5000 ± 2645 | 17750 ± 23485 | > 0,05 |
| Diadema di Chaetoceros | Diatomee | 103027 ± 239802 | 18000 ± 0 | 40402 ± 46128 | > 0,05 |
| Skeletonema spp. | Diatomee | 2457847 ± 7814228 | 1884674 ± 4888589 | 1349184 ± 3732765 | 0.003 |
| Dinophysis spp. | Dinoflagellato | 5166 ± 8983 | 1978 ± 1840 | 2331 ± 2504 | < 0,001 |
Tabella 1: Conteggi del fitoplancton. Media (cellule L-1) e deviazione standard delle concentrazioni di fitoplancton per ciascun taxa per ogni decennio. Il tipo indica se il fitoplancton è classificato come diatomea o dinoflagellato. L'ANOVA o t-test è stato eseguito per verificare la presenza di differenze statisticamente significative nell'abbondanza media tra i tre decenni (ANOVA) o due (t-test) quando era presente una bassa dimensione del campione negli anni '90 (ad esempio, Tripos spp., Eucampia zodiacus, Thalassiosira nordenskioeldii, Odontella aurita e Chaetoceros diadema). Valori p significativi determinati a α = 0,05 e indicati in grassetto.
Figura 1: Schema metodologico. A) Convertire un'immagine microscopica in un grafico illustrativo vettoriale, B) Creare modelli ripetitivi per ogni decennio (anni '70, '90, 2010), C) Utilizzare i dati della clorofilla a decennale per informare le forme dei modelli. Riempi lo sfondo con una combinazione di colori dal blu al rosso per rappresentare l'aumento della temperatura dell'acqua e D) Finalizza il prodotto aggiungendo testo per informare le caratteristiche distinte nei modelli e nelle immagini microscopiche del fitoplancton utilizzate per creare grafica illustrativa. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: Visualizzazione completata. Visualizzazione finalizzata del fitoplancton realizzata nell'illustratore. I taxa includono Thalassiosira nordenskioeldii, Thalassionema nitzschioides, Tripos spp., Odontella aurita, Skeletonema species complex, Chaetoceros diadema, Eucampia zodiacus, Dinophysis spp. e Pseudo-nitzschia spp. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: Opera d'arte completata. Visualizzazione finalizzata del fitoplancton realizzata nell'illustratore insieme alla versione stampata per A) gli anni '70, B) gli anni '90 e C) gli anni 2010. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
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Discussion
I passaggi critici del protocollo includono l'ottenimento di immagini microscopiche del fitoplancton e la loro conversione in grafica vettoriale. Rendere le immagini di fitoplancton, che non sono evidenti ad occhio nudo, abbastanza grandi da essere viste senza una lente d'ingrandimento sul murale, aiuta a farle vivere per lo spettatore. Per realizzare questo murale non solo come un'opera d'arte, ma anche come un metodo di visualizzazione dei dati, è importante incorporare i dati osservati nel progetto. Nel caso del murale di fitoplancton, i cicli annuali della clorofilla a (chl a) che sono stati mediati per decennio rappresentano i dati effettivi e mostrano come la chl a è diminuita per decennio sui diversi pannelli. Per quanto riguarda l'abbondanza di fitoplancton, le concentrazioni medie di alcuni taxa variavano tra i decenni, pertanto, un'abbondanza maggiore di un taxa osservata in un particolare decennio avrebbe più grafici di quel taxa copiati sul pannello decennale rispetto a un altro pannello con un'abbondanza media inferiore. L'utilizzo dei dati osservati per informare gli elementi artistici, come un gradiente di colore dal blu al rosso per rappresentare gli aumenti di temperatura, aiuta anche a visualizzare questi dati scientifici.
Le modifiche del metodo potrebbero includere l'ottenimento di immagini microscopiche del fitoplancton da archivi di immagini ad accesso aperto, nonché l'utilizzo di altri sistemi di imaging del fitoplancton per immagini fotografiche oltre a un microscopio (ad esempio, Imaging Flow-Cytobot). Inoltre, le immagini microscopiche e i dati scientifici potrebbero includere conteggi e immagini giornaliere del fitoplancton, piuttosto che decenni, per set di dati di serie temporali più brevi, nonché immagini di zooplancton per rivelare le interazioni della rete alimentare. Infine, le temperature medie registrate per ogni decennio potrebbero essere incluse nei pannelli per quantificare le variazioni di temperatura, o una linea di tendenza tracciata vicino alla parte inferiore dei pannelli, oltre ai cambiamenti illustrativi mostrati attraverso lo sfondo del gradiente. Le limitazioni includono la risoluzione dei problemi di questi dati scientifici per scalare entro i confini dell'opera d'arte fisica, nonché l'ottenimento di strumentazione per la stampa su pannelli di grandi dimensioni. È anche importante assicurarsi che il colore di sfondo sia abbastanza trasparente da rivelare distintamente i cambiamenti nell'abbondanza di fitoplancton nel tempo, che possono essere difficili da distinguere fino a quando non vengono stampati. Infine, Adobe Illustrator è un software proprietario, che può limitare l'accessibilità per alcuni utenti, ma sono disponibili programmi di illustrazione software gratuiti (ad esempio, Inkscape, GIMP, Vectr, Vectornator). L'adattamento del protocollo per produrre i murales di fitoplancton su questi programmi gratuiti rappresenta un utile lavoro futuro per aumentare l'accessibilità.
Dato che il fitoplancton rappresenta la base della catena alimentare in quasi tutti i sistemi marini, comunicarne l'importanza è fondamentale; Tuttavia, la maggior parte degli studi sull'ecologia del fitoplancton presenta i risultati solo come grafici di dati che ne riducono l'accessibilità al pubblico generale. Il protocollo qui presentato per lo sviluppo del murale di fitoplancton mostra l'impatto della visualizzazione dei dati scientifici attraverso una lente artistica17. Attraverso l'analisi di questo murale, lo spettatore può vedere che la biomassa del fitoplancton è diminuita nella baia di Narragansett (NBay) dal 1970. Questo declino si verifica in un periodo in cui ci sono stati aumenti a lungo termine della temperatura dell'acqua di mare in NBay13. Cambiamenti simili nelle comunità di plancton (cioè zooplancton) con temperature dell'acqua di mare più calde sono stati osservati anche nell'estuario della baia di San Francisco, che, come NBay, supporta una grande popolazione umana18,19. Questo approccio rappresenta un metodo di visualizzazione che può essere utilizzato per molte altre serie temporali del plancton, come l'estuario della baia di San Francisco, in tutto il mondo.
A colpo d'occhio, la forma e il colore dei pannelli cambiano nel tempo. Osservando i pannelli più da vicino, i modelli di fitoplancton riflettono i cambiamenti nell'abbondanza e nella biomassa di diversi taxa. È qui che i mondi dell'arte e della scienza si scontrano in quanto i modelli scientifici sono i modelli letterali mostrati sul murale. È evidente che c'è molto di più in NBay di quello che appare sulla superficie dell'acqua visualizzando i dati del fitoplancton attraverso l'arte.
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Disclosures
Gli autori non hanno conflitti di interesse da dichiarare.
Acknowledgments
Questa ricerca è stata supportata dalla National Science Foundation (OIA-1655221, OCE-1655686) e dal Rhode Island Sea Grant (NA22-OAR4170123, RISG22-R/2223-95-5-U). Ringraziamo i numerosi capitani per aver fornito assistenza sul campo e i numerosi studenti e ricercatori che hanno raccolto dati dal 1970. Ringraziamo Stewart Copeland e Georgia Rhodes per aver sviluppato il progetto Vis-A-Thon che ha prodotto il murale sul plancton e Rafael Attias della Rhode Island School of Design per la sua guida artistica durante lo sviluppo del progetto.
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
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