一個玩笑成就1650萬的大項目:用CT掃描20000種動物

放射沙龍 發佈 2022-05-24T16:17:19.357859+00:00

兩位研究者在Twitter上開的一個玩笑,已經成為一個為期四年,國家科學基金資助250萬美元,對20000個博物館藏脊椎動物標本進行三維數字掃描,並讓所有人都能在線查閱的恢弘項目。

2016年,華盛頓大學生物力學教授Adam Summers在Twitter上發布的CT掃描得到了一些關注,他說想「掃描所有的魚」。佛羅里達自然歷史博物館的兩棲爬行動物副館長David C. Blackburn博士在Twitter上回覆說,他想「掃描所有的青蛙」。


兩位研究者在Twitter上開的一個玩笑,已經成為一個為期四年,國家科學基金資助250萬美元(約合人民幣1650萬),對20000個博物館藏脊椎動物標本進行三維數字掃描,並讓所有人都能在線查閱的恢弘項目。


這個項目,就是oVert(Open Exploration of Vertebrate Diversity in 3D)。



無耳巨蜥(Lanthanotus borneensis)的CT掃描。原產於婆羅洲,為擬毒蜥科(lanthanotidae)僅存的一種。


oVert是openVertebrate的縮寫,旨在向研究人員、教育工作者、學生和公眾提供免費的數字三維脊椎動物解剖模型和數據。在過去的四年多時間裡,團隊對美國博物館收藏的20000多個動物標本進行CT掃描,為80%以上的脊椎動物屬提供高解析度的解剖學數據。


參加項目的單位有18家,其中包括16家博物館和6家影像中心。


CT掃描是一種非破壞性技術,可以從內部和外部顯示樣本——骨骼、肌肉、循環和神經系統、內臟、寄生蟲、卵子和胃內容物。


選擇的樣本也將進行增強掃描,以確定軟組織的特徵。


這些數字圖像和三維網格文件將在開放存取在線資料庫MorphoSource上開放供探索、下載和三維列印。這些新媒體將在全球範圍內史無前例地獲取博物館收藏中的珍貴標本,並提高iDigBio有數據標本的研究價值。


白頸狐猴Varecia variegata


緬甸角蟾蜍Brachytarsophrys carinensis的CT掃描顯示了骨骼和礦化皮膚。


CT掃描顯示墨西哥窄嘴蟾蜍(Hypopachus variolosus)的循環系統


古巴變色蜥增強CT掃描,使用一系列工程軟體進行分析。使用基於材料科學的纖維分析對肌肉纖維的方向進行分類。


雖然數位化工作永遠無法取代博物館展柜上標本的價值,但它們確實為附近可能沒有此類資源的人提供了訪問途徑。


康奈爾大學脊椎動物博物館魚類、兩棲動物和爬行動物館長Casey Dillman說:「在開源時代,一旦信息數位化,世界上任何人都可以立即獲得這些信息。」


通過這種方式,另一個國家的研究人員如果想比較本地小魚和北美小魚的頭骨,現在只需上網即可。Dillman補充說:「它把實物標本從架子上拿下來,放在每個人的手中。」


即使是精細的結構,比如坦尚尼亞尖吻蛙Arthroleptis tanneri手部肌肉,也可以通過增強CT進行可視化和數字解剖。


通過CT掃描對標本進行數位化,博物館可以更容易地分享其稀有而重要的標本。這是佛羅里達博物館爬蟲學藏品中的墨西哥毛足泥龜Kinosternon hirtipes的全型。


通過這樣做,該倡議支持NSF推進生物多樣性收藏數位化(ADBC)計劃和iDigBio的任務,通過向世界各地的科學家、學生和教育工作者提供三維解剖數據。


oVert產生的數據將成為各種研究項目的催化劑,這些項目的重點是了解脊椎動物的形態多樣性,並顯著增加館藏標本的可及性。這些解剖表型,促進了分類學、進化、發育生物學、比較生理學、功能解剖學、古生物學和生態學等領域的整合。使用X射線計算機斷層掃描(CT)生成高解析度數字解剖數據,以二維和三維容積顯示,這些數據可以通過在線數據源全球分布。


CT允許研究人員可視化和量化難以測量的特徵。這張圖片顯示了一隻安哥拉穴居豬鼻蛙(Angolan burrowing pig-nosed frog)頭骨的高密度和低密度區域。


有了這些3D數字標本,國際研究界將能夠(1)診斷、描述和推斷現存和滅絕脊椎動物之間的關係模式,(2)測試形態進化的假設,如差異模式、模塊化和表型-環境相關性,(3)開發結構-功能模型,用於測試與進食和運動等相關的形態學適應假設;(4)探索大腦和神經系統解剖學以及感覺和肌肉骨骼功能之間的關係。


值得注意的是,oVert將主要致力於提供兩種類型的數據:原始斷層掃描數據,也稱為切片數據,供有權使用三維渲染軟體的研究人員使用,以及可在線查看、下載和三維列印的三維模型。而所有這些數據都可以免費下載。



oVert團隊將培訓博物館專家製作、管理和分發三維解剖數據,並為研究人員提供如何使用這些數據的指導。該團隊還將教高中生和本科生創建三維解剖模型。


CT掃描突出了這隻巨大的環狀蜥蜴[巴伯頓龍蜥蜴(Smaug barbertonensis)]頭骨上的厚重盔甲。


通過應用有限元分析等方法,研究人員可以模擬博物館標本上的應力和應變。這張圖片顯示了東部響尾蛇的毒牙在咬獵物時可能會對這些力量做出反應。


為了增加K-12 STEM教育工作者對數字標本的使用,該團隊將舉辦由教師主導的研討會,根據美國博物館收藏的數字和列印的三維標本模型,生成免費的課程計劃,重點關注特定的科學標準。


增強掃描顯示了卡魯環帶蜥蜴(Karusasaurus polyzonus)的心臟,顯示了其脆弱的心房和主動脈弓。


通過oVert,教育工作者和學生可以接觸到來自美國博物館的數千件標本,比如這隻侏儒狨猴(pygmy marmoset)。


馬達加斯加侏儒變色龍Brookesia superciliaris的CT掃描顯示骨密度。


CT掃描顯示了同樣不幸的東部豬鼻蛇Heterodon platirhinos的最後兩餐:一條蠑螈和一隻蟾蜍。


該項目的資金僅限於對美國收藏的標本進行數位化。然而,公開團隊可以為對CT掃描標本感興趣的國際機構的研究人員提供指導,將他們的數據上傳到MorphoSource或形成類似的合作網絡。


所有的公開數據可免費用於研究、教育和其他非商業用途。若要在出版物中使用這些數據,請遵守數據作者和數據所有者關於確認和引用他們在MorphoSource上的數據的意願。


鯨鯊 Rhincodon typus增強CT掃描圖像


來源:XI區

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