В США создадут модели раковин, чтобы не забыть, как выглядят пресноводные мидии

Ученые и специалисты по визуализации объединили свои усилия, чтобы помочь спасти одну из самых исчезающих групп животных в мире — пресноводных мидий.

При финансовой поддержке Национального учебного центра по охране природы Службы рыбы и дикой природы США специалисты по визуализации создадут трехмерные модели раковин на основе образцов из Музея естественной истории Флориды и Национального музея естественной истории Смитсоновского института.

После завершения работы модели будут бесплатно размещены в Интернете для ознакомления общественности с этими удивительными, но малоизвестными существами, обитающими в реках и ручьях по всей территории США.

США — это глобально значимая горячая точка биоразнообразия пресноводных мидий, — сказал Джон Пфайффер, куратор двустворчатых моллюсков в Смитсоновском институте.

Многие пресноводные мидии страны находятся под угрозой исчезновения. Примерно каждый третий вид находится под защитой Закона о видах, находящихся под угрозой исчезновения, а еще 30 видов считаются недавно исчезнувшими.

Основная идея проекта, по словам Пфайффера, заключается в том, чтобы передать редкие виды непосредственно в руки биологов, пытающихся их защитить. Национальный учебный центр по охране природы создаст трехмерные отпечатки раковин для усовершенствования курса «Идентификация пресноводных мидий», который он предлагает специалистам по охране природы по всей стране. Цифровые модели также лягут в основу онлайнового курса, который позволит слушателям виртуально изучать образцы и учиться различать их особенности.

Этот проект очень интересен, поскольку он дает возможность научить полевых биологов и общественность определять все виды пресноводных мидий, обитающих в США, включая около 100 видов, включенных в список исчезающих и находящихся под угрозой исчезновения, — сказал Мэтью Паттерсон, руководитель курса в Национальном учебном центре Службы охраны природы.

И все это происходит в 2023 году, когда Закону о видах, находящихся под угрозой исчезновения, исполняется 50 лет.

Мидии необходимы для здоровья ручьев и рек. Они фильтруют водоросли, избыток питательных веществ и тяжелых металлов из окружающей среды и стабилизируют дно ручья, образуя плотные колонии. Они также являются важным источником пищи для других животных, включая рыб, млекопитающих и птиц. Однако многолетнее загрязнение, чрезмерный вылов рыбы и строительство плотин привели к гибели популяций пресноводных мидий.

Фонд Чесапикского залива, занимающийся восстановлением популяции мидий в водосборном бассейне Чесапикского залива, планирует использовать 3D-печатные раковины для просвещения населения и привлечения поддержки к восстановлению популяции мидий.

Пресноводные мидии приносят невероятную пользу качеству воды и среде обитания, но многие люди мало знают об этих скрытых героях рек и ручьев, — сказал старший научный сотрудник Фонда Чесапикского залива Джо Вуд.

Повышение осведомленности — ключевой момент. Предоставление возможности подержать в руках реалистичную раковину мидии — важный шаг на пути к защите и восстановлению популяций пресноводных мидий.

Учитывая их важность и нынешнее бедственное положение, государственные и федеральные органы уделяют большое внимание оценке популяций мидий и разработке нормативных актов, направленных на защиту видов, находящихся под угрозой исчезновения. Для того чтобы агентства могли оценить разнообразие мидий, сотрудники должны уметь различать виды, а этот навык вырабатывается путем наблюдения за живыми экземплярами или тренировки с эталонными раковинами.

Однако по мере сокращения популяций мидий эталонные образцы становится все труднее достать. Для самых редких видов единственные доступные раковины хранятся в музеях, где они тщательно хранятся и редко обрабатываются, что делает их непригодными для обучения.

Некоторые образцы невероятно редки или хрупки, и практически невозможно иметь полную справочную коллекцию, которая помогла бы обучать людей, — говорит Пфайффер.

Поэтому нам пришла в голову идея создать цифровую 3D-библиотеку, которая расширит доступ к образцам, предоставив все виды животных США непосредственно под рукой.

Исследователи будут использовать метод, называемый фотограмметрией, для сшивания нескольких фотографий одного образца в трехмерную композицию.

Фотограмметрия уже давно используется в исследованиях культурного наследия, а биологические науки недавно подхватили этот метод, осознав его возможности по визуализации внешних признаков и цвета образца в 3D. Именно в этом и заключается преимущество данного метода, — говорит Закари Рэндалл, ученый-биолог и менеджер отдела цифровой визуализации Музея Флориды.

Музей Флориды располагает одной из самых быстрых и эффективных фотограмметрических установок, используемых в настоящее время. Преобразование двухмерных фотографий образца в трехмерную модель требует, чтобы каждая внешняя особенность была снята под несколькими точными углами. Автоматизированное программное обеспечение триангулирует расположение общих признаков на этих фотографиях и преобразует их в точки в трехмерном пространстве. Эти точки соединяются в сетку, которая заполняется изображениями с фотографий. Использование большего количества фотографий позволяет повысить точность конечной модели, но при этом требует значительно большего времени.

Фотограмметрические модели могут состоять из сотен и тысяч цифровых фотографий, что требует больших затрат времени, — говорит Рэндалл.

Чтобы ускорить процесс, Рэндалл изготовил по заказу фотограмметрическую установку, состоящую из трех камер и способную одновременно фотографировать с нескольких ракурсов.

Образцы помещаются на автоматизированный поворотный стол внутри светового короба, и фотографии делаются через запрограммированные промежутки времени, пока образец постепенно поворачивается. Затем образец переворачивают, чтобы получить изображение нижней половины, и делают полный 360-градусный обзор.

Обычно для полного фотографирования образца традиционными методами требуется 30 минут. Уникальная фотограмметрическая установка в Музее Флориды позволяет сделать до 432 снимков за 10 минут, а отдельный образец может быть полностью сфотографирован со всех сторон за такое же или меньшее время.

Образцы будут сфотографированы и оцифрованы в музее, после чего сканы будут загружены в MorphoSource — онлайновое цифровое хранилище, позволяющее пользователям получать доступ к бесплатным 3D-моделям. Несколько образцов мидий уже оцифрованы и могут быть загружены и распечатаны пользователями.

22.08.2023