_ Oamenii de știință au scanat CT mii de substanțe naturale specimene de istorie, pe care le puteți accesa gratuit

Muzeele de istorie naturală au intrat într-o nouă etapă de descoperire științifică și accesibilitate odată cu finalizarea openVertebrate (oVert), un proiect de colaborare de cinci ani între 18 instituții pentru a crea 3D reconstrucții ale specimenelor de vertebrate și le pun la dispoziție gratuit online.

Cercetătorii au publicat un rezumat al proiectului în revista BioScience, în care analizează specimenele care au fost scanate până în prezent și oferă o privire asupra modului în care datele ar putea să fie folosite pentru a pune întrebări noi și a stimula dezvoltarea tehnologiei inovatoare.

„Când oamenii au colectat pentru prima dată aceste exemplare, nu aveau idee ce le va rezerva viitorul”, a spus Edward Stanley, co-investigator principal. al proiectului oVert și om de știință asociat la Muzeul de Istorie Naturală din Florida.

Muzeele de istorie naturală și-au început în secolul al XVI-lea ca cabinete de curiozitate, în care câțiva oameni bogați au adunat exemplare rare și exotice, care s-au ținut mai ales pentru ei înșiși. De atunci, muzeele au devenit o resursă pentru public, cu exponate care prezintă biodiversitatea pentru oricine este interesat să învețe despre aceasta.

Cu toate acestea, majoritatea colecțiilor muzeale rămân cu ușile închise, accesibile doar oamenilor de știință care trebuie fie călătorește pentru a le vedea, fie cere ca un număr mic de exemplare să fie împrumutat prin poștă. Echipa de cercetare din spatele oVert vrea să schimbe asta.

„Dacă ai nevoie de cineva să se urce într-un avion și să călătorească la tine pentru a colabora, este prohibitiv din multe puncte de vedere”, a spus David Blackburn, investigator principal principal. al proiectului oVert și curator de herpetologie la Muzeul Florida. „Acum avem oameni de știință, profesori, studenți și artiști din întreaga lume care folosesc aceste date de la distanță.”

Între 2017 și 2023, membrii proiectului oVert au efectuat scanări CT a peste 13.000 de exemplare, cu specii reprezentative pe vertebrate. copacul Vieții. Aceasta include mai mult de jumătate din genurile tuturor amfibienilor, reptilelor, peștilor și mamiferelor.

Scanerele CT folosesc raze X de înaltă energie pentru a privi dincolo de exteriorul unui organism și pentru a vedea structura osoasă densă de dedesubt. Astfel, scheletele alcătuiesc majoritatea reconstrucțiilor deschise. Un număr mic de specimene au fost, de asemenea, colorate cu o soluție temporară de îmbunătățire a contrastului, care a permis cercetătorilor să vizualizeze țesuturile moi, cum ar fi pielea, mușchii și alte organe.

Modelele oferă o privire intimă asupra porțiunilor interne ale unui specimen care anterior putea fi observat doar prin disecție distructivă și prelevare de țesut.

„Muzeele sunt implicate în mod constant într-un act de echilibru”, a spus Blackburn. "Vrei să protejezi specimenele, dar vrei și ca oamenii să le folosească. OVert este o modalitate de a reduce uzura probelor, în același timp sporind accesul și este următorul pas logic în misiunea colecțiilor muzeale."

Scopul proiectului a fost de a scana inițial doar exemplarele conservate în alcool etilic, care reprezintă cea mai mare parte a colecțiilor de pești, reptile și amfibieni. Exemplarele care sunt prea mari pentru conservarea fluidelor este, de asemenea, puțin probabil să se potrivească într-un scaner CT, dar cercetătorii au fost reticenți să le lase deoparte.

Un grant de parteneriat pentru Muzeul de Istorie Naturală din Idaho a fost folosit pentru a crea un digital model de balenă cu cocoașă. Întregul specimen a fost prea mare pentru a fi scanat cu o rezoluție suficientă, așa că cercetătorii au demontat cu grijă scheletul, au produs modele 3D ale fiecărui os individual, apoi au reasamblat specimenul fizic și digital.

Chiar și specimenele de dimensiuni moderate uneori au fost necesare puțină ingeniozitate, așa cum a fost cazul unui set de țestoase emblematice de la Academia de Științe din California.

„Au cea mai mare colecție de broaște țestoase din Galapagos din lume. Acestea nu sunt lucruri pe care le pui în cutii și le împrumuți. ”, a spus Blackburn.

Folosind fonduri de la un alt grant de parteneriat, membrii personalului curatorial au trebuit să găsească o modalitate de a fotografia fiecare broască țestoasă într-o rotație de 360 ​​de grade. Fotografiarea părții inferioare a fost problematică, deoarece cochiliile lor curbate făceau imposibilă menținerea lor în poziție verticală. După câteva încercări și erori, s-au hotărât să așeze specimenele deasupra tuburilor de înot gonflabile.

Oamenii de știință au folosit deja datele din proiect pentru a obține perspective uimitoare asupra lumii naturale.

În 2023, Edward Stanley efectua scanări CT de rutină ale șoarecilor spinoși și a fost surprins să constate că cozile lor erau acoperite cu un strat intern de plăci osoase, numite osteoderme. Înainte de această descoperire, armadillo-urile erau considerate a fi singurele mamifere vii cu aceste structuri.

„Tot felul de lucruri ies la iveală când ești când scanezi”, a spus Stanley. „Studiez osteodermele și, prin kismet sau soartă, s-a întâmplat să fiu cel care scana acele specimene în acea zi și am observat ceva ciudat la cozile lor pe radiografie. Asta se întâmplă tot timpul. Am găsit tot felul de lucruri ciudate, neașteptate.”

Tomografiile de la oVert au fost, de asemenea, folosite pentru a determina ce a ucis un șarpe de coroană din stâncă, considerat a fi cea mai rară specie de șarpe din America de Nord. Un alt studiu a arătat că un grup de broaște numite broaște de dovleac devenise atât de mic încât canalele umplute cu lichid din urechile lor, care conferă echilibru, nu mai funcționau corespunzător, făcându-le să se prăbușească atunci când sară.

O masivă. Studiul a peste 500 de exemplare oVert a arătat că broaștele și-au pierdut și și-au recăpătat dinții de peste 20 de ori de-a lungul istoriei lor evolutive. Și încă un alt studiu a concluzionat că Spinosaurus, un dinozaur masiv care era mai mare decât Tyrannosaurus rex și care se credea a fi acvatic, ar fi fost de fapt un prost înotător și, prin urmare, ar fi rămas probabil pe uscat.

Și lista continuă. pe, plin de perspective și idei care ar fi fost imposibile sau impracticabile înainte de începerea proiectului. „Acum, că lucrăm la asta de atât de mult timp, avem o schelă largă care ne permite să avem o viziune mai largă asupra întrebărilor evolutive”, a spus Stanley.

Valoarea oVert se extinde dincolo de cercetarea științifică. de asemenea. Artiștii au folosit modelele 3D pentru a crea replici realiste de animale, fotografiile specimenelor deschise au fost expuse ca exponate de muzeu, iar specimenele au fost încorporate în căști de realitate virtuală, care oferă utilizatorilor șansa de a interacționa cu ele și de a le manipula.

oVert au sunt folosite și de educatori. Încă de la începutul proiectului, Blackburn și colegii săi au dorit să pună un accent puternic pe educația K-12. Ei au organizat ateliere în care profesorii au putut învăța cum să folosească datele în sălile de clasă.

„A schimbat jocul pentru unitatea mea de evoluție”, a spus Jennifer Broo, profesoară de liceu din Cincinnati. „Predau juniori și seniori și îi iubesc absolut, dar pot fi un public dur. Ei știu când lucrurile sunt false, ceea ce îi face mai puțin implicați. Folosind modelele oVert, puteți preda concepte la un nivel adecvat, menținând totodată autenticitatea științei. Clasa mea s-a îmbunătățit mult pentru că am avut ocazia să lucrez cu studenții mei și să-i expun la date reale.”

Nu există practic un sfârșit al numărului de lucruri care ar putea fi folosit pentru. Cea mai mare provocare va fi crearea de instrumente suficient de sofisticate pentru a analiza datele. Niciodată până acum atât de multe specimene de istorie naturală 3D nu au fost disponibile public și accesibile instantaneu și va fi nevoie de dezvoltări ulterioare în învățarea automată și în supercalculatură pentru a le folosi la întregul potențial.

„Generarea datelor este doar începutul”, a spus Jaimi Gray, un asociat postdoctoral la Muzeul Florida care lucrează la NoCTURN (Non-Clinical Tomography Users Research Network), un proiect dezvoltat spre sfârșitul oVert. pentru a utiliza cât mai bine posibil tomografiile. „Scopul oVert a fost întotdeauna de a facilita explorarea diversității vertebratelor. Vom continua să explorăm, dar scopul NoCTURN este de a oferi oamenilor instrumentele necesare pentru a utiliza datele, fie că este vorba de cercetare, educație sau industrie.”

(Fluierul)