Энтомологи создали цифровую библиотеку глобального разнообразия муравьев

Фото из открытых источников

Используя мощные рентгеновские лучи, автоматизированную робототехнику и искусственный интеллект, энтомологи создали интерактивные цифровые изображения, представляющие 212 родов и 792 вида муравьев. Результаты работы исследовательской группы были опубликованы в журнале Nature Methods. 

Для создания такой обширной цифровой библиотеки исследователь из Окинавского института науки и технологий Джулиан Кацке и его коллеги получили образцы муравьев, законсервированные в этаноле, от партнерских учреждений, музейных коллекций и экспертов со всего мира.

После того как исследователи рассортировали образцы по видам и кастам, они доставили их в Карлсруэский технологический институт (KIT) в Германии для высокопроизводительного рентгеновского микрокомпьютерного томографического сканирования, которое сопоставимо с медицинской компьютерной томографией, но с гораздо большим увеличением.

Синхротронный ускоритель частиц генерировал высокоинтенсивный рентгеновский луч для быстрого сканирования огромного количества образцов, а роботизированный сменщик образцов вращал и заменял образцы каждые 30 секунд.

Это позволило создавать двухмерные наборы изображений, которые затем можно было использовать для построения трехмерных моделей.

Хотя исходные файлы изображений и были полезны, на них муравьи были изображены в искаженных позах — что очень далеко от реалистичных моделей, которые ученые надеялись создать.

Трехмерные изображения позволяют увидеть внутренние структуры, такие как мышцы, нервная система, пищеварительная система и жала, с разрешением в микрометры.

Эти модели легко анимируются или интегрируются в виртуальные миры для исследований, образования или развлечения.

«Мы подсчитали, что если бы мы реализовали этот проект с использованием лабораторного компьютерного томографа, потребовалось бы шесть лет непрерывной работы», — сказал Кацке. «Благодаря оборудованию, установленному в KIT, мы отсканировали 2000 образцов за одну неделю».

«Выполнение этой работы вручную заняло бы годы, поэтому без этих вычислительных инструментов это практически никогда бы не было сделано», — добавил профессор Эван Экономо из Окинавского института науки и технологий и Университета Мэриленда.

Этот проект, получивший название Antscan, может послужить образцом для будущих усилий по цифровизации — не только для муравьев, но и для самых разных видов животных.

«Ценность этого исследования заключается не только в изучении муравьев — оно охватывает гораздо более широкий круг вопросов», — сказал профессор Экономо. «Оцифровка образцов позволяет создавать библиотеки организмов, что упрощает их использование — от научных лабораторий и учебных классов до голливудских студий».