En un estudio publicado recientemente en arrecifes de coral , los científicos de la Institución Scripps de Oceanografía en la Universidad de California en San Diego crearon y analizaron fotomosaicos detallados del arrecife de coral en el atolón de Palmyra, e hicieron sorprendentes descubrimientos en torno a la ecología espacial de los corales. Los científicos, dirigidos por el estudiante graduado Clinton Edwards, realizaron un sondeo de más de 17,000pies cuadrados de arrecife y 44,008 colonias de coral, tomando más de 39,000 imágenes que luego se unieron para crear fotomosaicos en 3D que abarcaban el arrecife.
Edwards y sus coautores analizaron estos mosaicos y descubrieron que las colonias de coral en el arrecife de Palmyra están dispuestas de manera no aleatoria. Demostraron por primera vez que los corales tienden a agruparse en todo el paisaje del arrecife, y que la fuerzade este agrupamiento está estrechamente relacionado con la estrategia específica de crecimiento y reproducción utilizada por un coral dado.
Edwards dijo que según lo que había observado durante las muchas horas que había pasado analizando los mosaicos, tenía el presentimiento de que verían alguna evidencia de agrupamiento no aleatorio. "Sin embargo, me sorprendió bastante descubrir quepoca evidencia de aleatoriedad ", dijo." Hay un nivel de textura matemática que el ojo simplemente no puede captar y no creo que nadie esperara resultados tan consistentes ".
Stuart Sandin, profesor de ecología marina en Scripps, asesor de doctorado de Edwards y autor principal del artículo, dice que la tecnología de mosaico puede ayudar a los científicos a comprender la ecología marina para ponerse al día con su conocimiento de la ecología terrestre.
Para comprender los ecosistemas en tierra, "utilizamos cámaras montadas en aviones para tomar fotos desde diez mil pies, y se puede ver dónde viven los árboles y dónde crecen. Y ahora los satélites tienen una cobertura aún más completa", dijo Sandin. "Eso esuna enorme cantidad de datos, y el cielo es el límite para lo que analizamos y lo que hemos aprendido sobre ecología básica y aplicada. Ahora te sumerges y los datos espaciales están esencialmente ausentes. ¿Qué podemos hacer? Tienes que comenzar tratando demapearlo "
Tener una comprensión del paisaje general de los bosques y otros ecosistemas terrestres ha sido muy valioso para la conservación y el manejo de esos ambientes. Ahora, Sandin dice que el mapeo detallado de los fotomosaicos de los arrecifes de coral podría usarse de la misma manera para el manejo de los recursos marinos.ecosistemas
"En los arrecifes de coral, una de las grandes preocupaciones es si una tormenta mata un montón de corales, ¿cómo se recuperan los corales? Una de las herramientas que tenemos es plantarlos", dijo Sandin.la gente ha tenido que decir, bueno, cada uno de estos fragmentos de coral que planto podría convertirse en cinco metros cuadrados. Eso significa que los espaciaré de manera muy regular y los dispersaré cada dos metros ".
Pero en base a lo que ahora entienden sobre la ecología espacial de los corales, este enfoque podría ser problemático. "Un bosque donde se plantan árboles demasiado separados, llega una tormenta de viento y todos los árboles se caen, porque dependen unos de otros paraestabilidad. Lo mismo ocurre con los corales ", dijo. Y esa no es la única consideración. En un arrecife de coral, como en un bosque, hay reglas que describen qué tan densas o escasamente diferentes especies les gusta crecer, cuántocomo estar uno al lado del otro, y a menudo obtienen oportunidades ecológicas al vivir cerca el uno del otro. Los fotomosaicos están ayudando a los ecologistas de los corales a descifrar cómo estas reglas estructuran un arrecife.
Crear los fotomosaicos y extraer información útil de ellos es un proceso que lleva mucho tiempo. Durante la recopilación de datos, los científicos generalmente hacen tres inmersiones al día, y tomó más de cinco días completos de buceo para recolectar las imágenes para elDieciséis parcelas utilizadas en este estudio. En el laboratorio, Edwards usó un sistema informático de alto rendimiento personalizado para unir las 2.500-3.500 imágenes individuales que componen cada mosaico. El software tarda varios días en completar la representación de la imagen compuesta, y alrededor de 100 horas para etiquetar y clasificar todos los corales en cada imagen. Luego, el paso final es extraer la información de la especie y analizarla, lo que lleva otros tres días más o menos por imagen.
La digitalización de las imágenes es claramente el paso limitante, dijo. Pero eso puede cambiar pronto. "Tenemos excelentes colaboradores en el departamento de ingeniería y ciencias de la computación en UC San Diego, y nos estamos acercando a tener un flujo de trabajo asistido por computadora que seráacelerar drásticamente este proceso ", dijo Edwards.
Vid Petrovic, un estudiante de doctorado en el laboratorio del profesor Falko Kuester en el departamento de informática de la UC San Diego que creó el software que el equipo de Sandin utiliza para visualizar sus modelos 3D, está trabajando en la creación de un software personalizado para este propósito.
"Cada vez se recopilan más imágenes en el campo de las ciencias marinas, y el ritmo y la escala del esfuerzo solo aumentarán, pero más datos no significan automáticamente más o mejor ciencia", dijo Petrovic.un honor y una alegría trabajar tan estrechamente con un grupo de ecologistas marinos para abordar esto, desarrollando en colaboración las herramientas y los flujos de trabajo necesarios para hacer un uso productivo de las imágenes, ya sea para monitorear la salud de los arrecifes o para avanzar en la ciencia básica ".
Petrovic dice que el equipo está haciendo posible que los científicos exploren virtualmente los arrecifes en el laboratorio, permitiéndoles viajar en el tiempo de año en año y rastrear el crecimiento y la disminución de colonias individuales, y estudiar las relaciones espaciales y temporales a través del arrecife.
"Estamos acelerando la digitalización y la anotación, y despejando el camino para permitir que las técnicas de aprendizaje automático lleven más de esta carga", dijo Petrovic. "Todo esto es terriblemente emocionante, y con mucho más por venir. Pero la mayoríaUn aspecto gratificante para mí es la colaboración interdisciplinaria que lo hace posible en primer lugar, que nos permite aplicar una década de investigación de visualización en apoyo del trabajo ecológico vital ".
Edwards, Sandin y sus colaboradores dicen que esperan que la tecnología fotomosaica conduzca a muchos más descubrimientos científicos y continúen ayudando en los esfuerzos de conservación. Los datos recopilados en el arrecife Palmyra son parte del desafío 100 Island, el objetivo deque es crear una perspectiva global sobre cómo los arrecifes de coral están cambiando con el tiempo.
El equipo de 100 Island Challenge, compuesto por investigadores postdoctorales, personal y estudiantes de posgrado de los laboratorios de la ecologista Sandin y Scripps Jennifer Smith, se está asociando con científicos y comunidades de todo el mundo para visitar 100 islas diferentes y utilizar estas novedosas 3Dtécnicas de imagen para crear mosaicos fotográficos que capturan cada detalle de la estructura y ecología de los arrecifes de coral. Hasta ahora, el equipo ha visitado casi 70 de las islas para capturar mosaicos, con un cronograma para volver a estudiar cada sitio después de dos años.analice los mosaicos para ver cómo cambian los arrecifes con el tiempo y cómo la variación de las condiciones oceánicas y las actividades humanas impactan en cada arrecife. Estas imágenes también se convertirán en datos de referencia para que las agencias locales utilicen para estudiar sus propios arrecifes.
"Lo que realmente me entusiasmó sobre el enfoque fotomosaico de área grande es que básicamente te permite llevarte el arrecife a casa", dijo Edwards. "Cuando buceas hay muchas limitaciones prácticas para lo que puedes hacer.está limitado por el aire, las corrientes, las condiciones de la superficie y, a veces, no tiene la oportunidad de detenerse y oler las rosas ".
Dijo que ser capaz de pasar horas moviéndose lentamente sobre el arrecife, observando cuidadosamente miles de corales individuales, lo ayuda a ver cosas que nunca hubiera podido observar en el campo. "He aprendido mucho mientras buceaba".y nunca cambiaría esas experiencias, pero la mayoría de mis ideas han aparecido frente a una computadora mientras digitalizan estas imágenes ", dijo.
Este estudio fue parte de la Iniciativa Reefs Tomorrow financiada por la Fundación Gordon y Betty Moore.
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Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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