Auf einer Expedition mit dem Schmidt Ocean Institute vor der Küste von San Diego im August 2021 schickte MBARI das Werkzeugpaar – zusammen mit einem speziellen DNA-Probenahmegerät – Hunderte von Metern tief, um das Mittelwasser zu erkunden. Die Forscher verwendeten die Kameras, um mindestens zwei unbenannte Kreaturen zu scannen, einen neuen Rippenquallen und einen Siphonophor.

Die erfolgreichen Scans stärken die Argumente für virtuelle Holotypen – eher digitale als physische Exemplare, die als Grundlage für eine Artendefinition dienen können, wenn eine Sammlung nicht möglich ist. Historisch gesehen conflict der Holotyp einer Artwork ein physisches Exemplar, das akribisch eingefangen, konserviert und katalogisiert wurde – ein Seeteufel, der in einem Glas Formaldehyd schwimmt, ein Farn, der in ein viktorianisches Buch gepresst ist, oder ein Käfer, der an die Wand eines Naturkundemuseums geheftet ist. Zukünftige Forscher können daraus lernen und sie mit anderen Exemplaren vergleichen.

Befürworter sagen, dass virtuelle Holotypen wie 3D-Modelle unsere beste Probability sind, die Vielfalt des Meereslebens zu dokumentieren, von denen einige kurz davor stehen, für immer verloren zu gehen. Ohne eine Artenbeschreibung können Wissenschaftler Populationen nicht überwachen, potenzielle Gefahren identifizieren oder auf Schutzmaßnahmen drängen.

„Der Ozean verändert sich schnell: steigende Temperaturen, abnehmender Sauerstoffgehalt, Versauerung“, sagt Allen Collins, ein Jelly-Experte mit doppelter Ernennung bei der Nationwide Oceanic and Atmospheric Management und dem Smithsonian Nationwide Museum of Herbal Historical past. „Es gibt immer noch Hunderttausende, vielleicht sogar Millionen von Arten, die benannt werden müssen, und wir können es uns nicht leisten, zu warten.“

Gelee in vier Dimensionen

Meereswissenschaftler, die gallertartige Kreaturen im mittleren Wasser erforschen, haben alle Horrorgeschichten darüber, wie potenziell neue Arten vor ihren Augen verschwinden. Collins erinnert sich an den Versuch, Rippenquallen im Nasslabor eines NOAA-Forschungsschiffs vor der Küste Floridas zu fotografieren: „Innerhalb weniger Minuten begannen sie aufgrund der Temperatur, des Lichts oder des Drucks einfach auseinanderzufallen“, sagt er. „Ihre Teile haben gerade angefangen, sich zu lösen. Es conflict eine schreckliche Erfahrung.“

Kakani Katija, Bioingenieurin bei MBARI und die treibende Kraft hinter DeepPIV und EyeRIS, machte sich nicht daran, die Kopfschmerzen des Midwater-Sammlers zu lösen. „DeepPIV wurde entwickelt, um die Strömungsphysik zu untersuchen“, erklärt sie. In den frühen 2010er Jahren waren Katija und ihr Crew untersuchten, wie sich Meeresschwämme filtern, und suchten nach einer Möglichkeit, die Bewegung des Wassers zu verfolgen, indem sie die dreidimensionalen Positionen winziger darin schwebender Partikel aufzeichneten.

Später erkannten sie, dass das Device auch zum nicht-invasiven Scannen von gallertartigen Tieren verwendet werden könnte. Mit einem leistungsstarken Laser, der an einem ferngesteuerten Fahrzeug montiert ist, beleuchtet DeepPIV jeweils einen Querschnitt des Körpers der Kreatur. „Used to be wir bekommen, ist ein Video, und jeder Videoframe endet als eines der Bilder unseres Stacks“, sagt Joost Daniels, ein Ingenieur in Katijas Hard work, der an der Verfeinerung von DeepPIV arbeitet. „Und sobald Sie einen Stapel Bilder haben, ist es nicht viel anders, als Menschen CT- oder MRT-Scans analysieren würden.“

Letztendlich produziert DeepPIV ein unbewegtes 3D-Modell – aber Meeresbiologen waren begierig darauf, Meereslebewesen in Bewegung zu beobachten. Additionally haben Katija, MBARI-Ingenieur Paul Roberts und andere Mitglieder des Groups ein Lichtfeldkamerasystem namens EyeRIS entwickelt, das nicht nur die Intensität, sondern auch die genaue Richtung des Lichts in einer Szene erkennt. Ein Mikrolinsen-Array zwischen Kameraobjektiv und Bildsensor zerlegt das Feld in mehrere Ansichten, wie die mehrteilige Imaginative and prescient einer Stubenfliege.

Die rohen, unverarbeiteten Bilder von EyeRIS sehen aus wie das, was once passiert, wenn Sie Ihre 3D-Brille während eines Motion pictures abnehmen – mehrere versetzte Versionen desselben Objekts. Aber sobald das Filmmaterial nach Tiefe sortiert ist, löst es sich in fein gerenderte dreidimensionale Movies auf, die es Forschern ermöglichen, Verhaltensweisen und feine Lokomotivenbewegungen zu beobachten (Gelees sind Experten für Düsenantriebe).

Used to be ist ein Bild wert?

Im Laufe der Jahrzehnte haben Forscher gelegentlich versucht, neue Arten ohne einen traditionellen Holotyp in der Hand zu beschreiben – eine südafrikanische Bienenfliege nur mit hochauflösenden Fotos, eine kryptische Eule mit Fotos und Anrufaufzeichnungen. Dies kann den Zorn einiger Wissenschaftler hervorrufen: 2016 beispielsweise unterzeichneten Hunderte von Forschern einen Temporary, in dem sie die Heiligkeit des traditionellen Holotyps verteidigten.

Aber im Jahr 2017 hat die Internationale Kommission für Zoologische Nomenklatur – das Leitungsgremium, das den Kodex veröffentlicht, der vorschreibt, wie Arten beschrieben werden sollen – eine Klarstellung ihrer Regeln herausgegeben, in der dies erklärt wird Neue Arten können ohne einen physischen Holotyp charakterisiert werden, wenn eine Sammlung nicht möglich ist.

Im Jahr 2020 beschrieb ein Crew von Wissenschaftlern, darunter Collins, eine neue Gattung und Artwork von Wabenqualle auf der Grundlage von hochauflösenden Movies. (Duobrachium sparksae, (wie es getauft wurde, sieht es aus wie ein durchscheinender Thanksgiving-Truthahn mit Luftschlangen, die von seinen Trommelstöcken hängen.) Bemerkenswerterweise gab es kein Murren aus der Erdnussgalerie der Taxonomen – ein Gewinn für die Befürworter digitaler Holotypen.

Laut Collins stärken die Visualisierungstechniken des MBARI-Groups nur die Argumente für digitale Holotypen, weil sie den detaillierten anatomischen Studien, die Wissenschaftler an physischen Proben durchführen, näher kommen.

Eine parallele Bewegung zur Digitalisierung bestehender physischer Holotypen gewinnt ebenfalls an Fahrt. Karen Osborn ist Forscherin für wirbellose Mittelwassertiere und Kuratorin für Anneliden und Perakariden – Tiere, die viel substanzieller und einfacher zu sammeln sind als die Mittelwasserquallen – am Smithsonian Nationwide Museum of Herbal Historical past. Laut Osborn hat die Pandemie den Nutzen von digitalen Prime-Constancy-Holotypen unterstrichen. Unzählige Feldexpeditionen wurden durch Reisebeschränkungen versenkt, und Ringelwurm- und Perakaridenforscher „konnten nicht hineingehen [to the lab] und schauen Sie sich irgendwelche Exemplare an“, erklärt sie, additionally können sie im Second nichts von physischen Typen beschreiben. Aber das Studium durch die digitale Sammlung boomt.

Mithilfe eines Mikro-CT-Scanners haben Smithsonian-Wissenschaftler Forschern auf der ganzen Welt Zugang zu Holotyp-Proben in Shape von „3D-Rekonstruktionen bis ins kleinste Element“ verschafft. Wenn sie eine Musteranfrage erhält – was once normalerweise das Versenden des unbezahlbaren Holotyps mit dem Risiko von Beschädigung oder Verlust beinhaltet – sagt Osborn, dass sie zunächst anbietet, eine virtuelle Model zu senden. Obwohl die meisten Forscher zunächst skeptisch sind, „kommen sie unweigerlich zurück ‚Ja, ich brauche das Präparat nicht. Ich habe alle Informationen, die ich brauche.’“

„EyeRIS und DeepPIV geben uns die Möglichkeit, Dinge vor Ort zu dokumentieren, was once noch cooler ist“, fügt Osborn hinzu. Während Forschungsexpeditionen hat sie das Device in Aktion an riesigen Larven gesehen, kleinen Wirbellosen, deren komplizierte „Rotzpaläste“ aus abgesondertem Schleim Wissenschaftler nie vollständig intakt untersuchen konnten – bis DeepPIV.

Katija sagt, dass das MBARI-Crew über Möglichkeiten nachdenkt, die Artenbeschreibung nach dem Vorbild von Foldit zu spielen, einem beliebten Citizen-Science-Projekt, bei dem „Spieler“ eine Videospiel-ähnliche Plattform verwenden, um die Struktur von Proteinen zu bestimmen.

Im gleichen Sinne könnten Bürgerwissenschaftler helfen, die von ROVs aufgenommenen Bilder und Scans zu analysieren. „Pokémon Cross ließ Leute durch ihre Nachbarschaft wandern und nach gefälschten Dingen suchen“, sagt Katija. „Können wir diese Energie nutzen und Menschen dazu bringen, nach Dingen zu suchen, die der Wissenschaft nicht bekannt sind?“

Elizabeth Anne Brown ist Wissenschaftsjournalistin und lebt in Kopenhagen, Dänemark.

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