على بعثه مع معهد شميدت أوشن قبالة سواحل سان دييغو في أغسطس 2021 ، أرسلت MBARI زوجًا من الأدوات – جنبًا إلى جنب مع جهاز أخذ عينات الحمض النووي المتخصص – بعمق مئات الأمتار لاستكشاف المياه الوسطى. استخدم الباحثون الكاميرات لمسح ما لا يقل عن اثنين من المخلوقات التي لم يتم تسميتها ، وهما ctenophore جديد و siphonophore.
JOOST DANIELS © 2021 MBARI
تعزز عمليات المسح الناجحة حالة النماذج الشاملة الافتراضية – العينات الرقمية ، وليس المادية ، التي يمكن أن تكون بمثابة أساس لتعريف الأنواع عندما لا يكون الجمع ممكنًا. تاريخيًا ، كان النمط الشامل للأنواع عبارة عن عينة مادية تم التقاطها بدقة وحفظها وفهرستها – سمكة الصياد تطفو في إناء من الفورمالديهايد ، أو سرخس مضغوط في كتاب فيكتوري ، أو خنفساء مثبتة على جدار متحف التاريخ الطبيعي. يمكن للباحثين المستقبليين التعلم من هذه ومقارنتها بالعينات الأخرى.
يقول المؤيدون إن الأنماط الكلية الافتراضية مثل النماذج ثلاثية الأبعاد هي أفضل فرصة لنا لتوثيق تنوع الحياة البحرية ، وبعضها على شفا الضياع إلى الأبد. بدون وصف الأنواع ، لا يمكن للعلماء مراقبة السكان أو تحديد المخاطر المحتملة أو الضغط من أجل تدابير الحفظ.
يقول “المحيط يتغير بسرعة: ارتفاع درجات الحرارة ، وخفض الأكسجين ، وتحمض” ألين كولينز، خبير في مادة الهلام مع تعيينات مزدوجة في الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي ومتحف سميثسونيان الوطني للتاريخ الطبيعي. “لا يزال هناك مئات الآلاف ، وربما حتى الملايين ، من الأنواع التي يجب تسميتها ، ولا يسعنا الانتظار.”
جيلي بأربعة أبعاد
لدى علماء البحار الذين يبحثون عن مخلوقات المياه الجيلاتينية في المياه الوسطى قصصًا مرعبة عن مشاهدة أنواع جديدة محتملة تختفي أمام أعينهم. يتذكر كولينز محاولته تصوير ctenophores في المختبر الرطب لسفينة أبحاث NOAA قبالة ساحل فلوريدا: “في غضون بضع دقائق ، إما بسبب درجة الحرارة أو الضوء أو الضغط ، بدأوا للتو في الانهيار” ، كما يقول. “قطعهم بدأت للتو في الظهور. لقد كانت تجربة مروعة.”
كاكاني كاتيجا، وهو مهندس بيولوجي في MBARI والقوة الدافعة وراء DeepPIV و EyeRIS ، لم يشرع في حل مشكلة صداع جامعي المياه الوسطى. تشرح قائلة: “تم تطوير نظام DeepPIV للنظر في فيزياء السوائل”. في أوائل عام 2010 ، كانت كاتيجا وفريقها كذلك دراسة كيفية تغذية أسفنج البحر بالترشيح وأراد طريقة لتتبع حركة الماء عن طريق تسجيل المواضع ثلاثية الأبعاد للجسيمات الدقيقة العالقة فيها.
أدركوا لاحقًا أنه يمكن أيضًا استخدام النظام لمسح الحيوانات الجيلاتينية بدون تدخل جراحي. باستخدام ليزر قوي مثبت على مركبة يتم تشغيلها عن بعد ، يضيء DeepPIV مقطعًا عرضيًا واحدًا من جسم المخلوق في كل مرة. يقول “ما نحصل عليه هو مقطع فيديو ، وينتهي كل إطار فيديو كواحد من صور مجموعتنا” جوست دانيلز، مهندس في مختبر Katija يعمل على تنقية DeepPIV. “وبمجرد حصولك على كومة من الصور ، لا يختلف الأمر كثيرًا عن كيفية تحليل الأشخاص للتصوير المقطعي المحوسب أو التصوير بالرنين المغناطيسي.”
في النهاية ، ينتج DeepPIV نموذجًا لا يزال ثلاثي الأبعاد — لكن علماء الأحياء البحرية كانوا حريصين على مراقبة كائنات المياه الوسطى وهي تتحرك. لذلك ابتكر كاتيجا ومهندس MBARI بول روبرتس وأعضاء آخرون في الفريق نظام كاميرا مجال الضوء أطلق عليه اسم EyeRIS والذي لا يكتشف فقط شدة الضوء بل أيضًا الاتجاه الدقيق للضوء في المشهد. تقوم مصفوفة العدسات الدقيقة بين عدسة الكاميرا ومستشعر الصورة بتقسيم المجال إلى مناظر متعددة ، مثل الرؤية متعددة الأجزاء للذبابة المنزلية.
بول روبرتس © 2021 MBARI
تبدو الصور الأولية غير المعالجة لـ EyeRIS كما يحدث عندما تخلع نظارتك ثلاثية الأبعاد أثناء فيلم – إصدارات متعددة من نفس الكائن. ولكن بمجرد تصنيفها حسب العمق ، تتحول اللقطات إلى مقاطع فيديو ثلاثية الأبعاد بدقة ، مما يسمح للباحثين بمراقبة السلوكيات وحركات القاطرات الدقيقة (الهلام هم خبراء في الدفع النفاث).
ما قيمة الصورة؟
على مدى عقود ، حاول الباحثون أحيانًا وصف أنواع جديدة دون وجود نمط شامل تقليدي في متناول اليد — أ يطير النحل في جنوب أفريقيا باستخدام صور عالية الدقة فقط ، أ بومة خفية مع الصور وتسجيلات المكالمات. قد يؤدي القيام بذلك إلى إثارة غضب بعض العلماء: في عام 2016 ، على سبيل المثال ، مئات الباحثين وقع خطاب يدافع عن قدسية النمط التقليدي.
ولكن في عام 2017 ، أصدرت اللجنة الدولية المعنية بالتسميات الحيوانية – الهيئة الحاكمة التي تنشر الكود الذي يملي كيفية وصف الأنواع – توضيحًا لقواعدها ، مشيرة إلى أن يمكن توصيف الأنواع الجديدة بدون نمط شامل مادي في الحالات التي لا يكون فيها الجمع ممكنًا.
في عام 2020 ، وصف فريق من العلماء بما في ذلك كولينز جنسًا جديدًا وأنواعًا جديدة من هلام المشط بناءً على فيديو عالي الدقة. (Duobrachium سباركسي ، كما تم تسميته ، يبدو شيئًا مثل a ديك رومي شفاف لعيد الشكر مع شرائط زائدة من أفخاذها.) وتجدر الإشارة إلى أنه لم يكن هناك تذمر من معرض الفول السوداني المتخصص في التصنيف – وهو فوز لمناصري الأنماط الرقمية الشاملة.
يقول كولينز إن تقنيات التصور لفريق MBARI تعزز فقط حالة الأنماط الرقمية الشاملة ، لأنها تقترب بشكل أكبر من الدراسات التشريحية التفصيلية التي يجريها العلماء على العينات الفيزيائية.
تكتسب أيضًا حركة موازية لرقمنة الأنماط المادية الموجودة زخمًا. كارين أوزبورن هو باحث في اللافقاريات في المياه الوسطى ومنسق ل حلقية و peracarids—الحيوانات أكثر جوهرية وأسهل في التحصيل مقارنة بالهلام في المياه الوسطى — في متحف سميثسونيان الوطني للتاريخ الطبيعي. يقول أوزبورن إن الوباء قد أكد على فائدة الأنماط الرقمية عالية الدقة. لقد أجهضت قيود السفر عددًا لا يحصى من البعثات الميدانية ، ولم يتمكن الباحثون المدقع والباحثون من الدخول [to the lab] وأوضحت أنهم لا يستطيعون وصف أي شيء من الأنواع المادية في الوقت الحالي. لكن الدراسة تزدهر من خلال المجموعة الرقمية.
باستخدام ماسح التصوير المقطعي المحوسب الدقيق ، منح علماء سميثسونيان الباحثين في جميع أنحاء العالم إمكانية الوصول إلى عينات من النمط الشامل في شكل “عمليات إعادة بناء ثلاثية الأبعاد بتفاصيل دقيقة”. عندما تحصل على طلب عينة – والذي يتضمن عادةً إرسال نموذج شامل لا يقدر بثمن بالبريد ، مع وجود خطر التلف أو الخسارة – تقول أوزبورن إنها عرضت أولاً إرسال نسخة افتراضية. على الرغم من أن معظم الباحثين متشككون في البداية ، “دون أن يفشلوا ، فهم دائمًا يعودون إلينا” نعم ، لست بحاجة إلى العينة. لدي كل المعلومات التي أحتاجها. ”
يضيف أوزبورن: “يمنحنا كل من EyeRIS و DeepPIV طريقة لتوثيق الأشياء في الموقع ، وهو أمر أكثر برودة”. خلال البعثات البحثية ، رأت أن النظام يعمل يرقات عملاقة، اللافقاريات الصغيرة التي لم يكن العلماء قادرين على دراسة “قصور المخاط” المعقدة للمخاط المفرز أبدًا – حتى DeepPIV.
تقول كاتيجا إن فريق MBARI يفكر في طرق لتلعب وصف الأنواع على غرار غلفه، وهو مشروع علمي شعبي يستخدم فيه “اللاعبون” منصة تشبه ألعاب الفيديو لتحديد بنية البروتينات.
وبنفس الروح ، يمكن للعلماء المواطنين المساعدة في تحليل الصور وعمليات المسح التي تلتقطها مركبات ROV. تقول كاتيجا: “بوكيمون غو جعل الناس يتجولون في أحيائهم بحثًا عن أشياء مزيفة”. “هل يمكننا تسخير هذه الطاقة وجعل الناس يبحثون عن أشياء غير معروفة للعلم؟”
إليزابيث آن براون صحفية علمية مقيمة في كوبنهاغن ، الدنمارك.
