Sara Ryding, badaczka z Deakin University w Australii, miała teorię, że zmiany klimatyczne w ciągu ostatniego stulecia wpłynęły na kształt dziobów ptaków, co jest jednym ze sposobów regulowania przez nie temperatury ciała. Gdyby to była prawda, mogłoby to pokazać, jak szybko gatunki przystosowują się do zmian środowiskowych i mieć głębokie implikacje dla innych gatunków – a także dla nas.
Udowodnienie tego oznaczało potrzebę zmierzenia dziobów tysięcy ptaków przechowywanych w kolekcjach muzealnych w całym kraju, sięgających końca XIX wieku. Było to trudne zadanie przy użyciu tradycyjnej taśmy mierniczej i suwmiarki, ale dzięki ręcznemu skanerowi 3D Ryding przeszła od teorii do dowodu w ciągu około roku.
Jej odkrycie, że ciepłokrwiste zwierzęta przystosowują się do zmian klimatu poprzez zmianę niektórych cech szybciej niż można by się tego spodziewać, trafiło na pierwsze strony gazet na całym świecie.
Umożliwiając szybsze i dokładniejsze badania
Możliwość skierowania skanera 3D na obiekt, niezależnie od tego czy jest to skamielina muzealna czy starożytny relikt, i zarejestrowania submilimetrowych danych dotyczących długości, szerokości, wysokości, cech powierzchni i koloru przyspiesza wszystkie rodzaje badań.
Dla przykładu repozytorium danych skanowania 3D z muzeów na całym świecie o nazwie MorphoSource, które obecnie posiada ponad 66 000 skanów wszystkiego, od prehistorycznych zębów rekina po starożytne egipskie naczynia wodne.
Jednak w przypadku badań nad ptakami Ryders musiała podróżować i skanować okazy ptaków na miejscu.
Tradycyjny sposób mierzenia dziobów ptaków polega na obliczaniu długości, szerokości i głębokości za pomocą cyfrowych suwmiarek. Następnie wymiary te są wprowadzane do równania, które daje badaczom powierzchnię stożka tej samej wielkości. Biorąc jednak pod uwagę, że dzioby ptaków mają bardzo różnorodne, złożone kształty, Ryding stwierdziła, że redukcja wymiarów dzioba do prostego kształtu stożka spowoduje utratę kluczowej geometrii i wyeliminuje ważne dane dotyczące powierzchni anatomicznej, niezbędne do jej badań.
„Skupiam się na naprawdę różnych ptakach, od kaczek po ptaki śpiewające, jak również na ptakach drapieżnych”, mówi Ryding, „…a kiedy badasz tak różnorodne gatunki, z pewnością zobaczysz naprawdę różne kształty dziobów. Dlatego uważam, że skanowanie 3D jest znacznie lepsze do tego typu zastosowań, ponieważ uchwycona zostaje cała anatomia powierzchni organicznych, więc nic nie zostaje pominięte.”
Jedną z innych trudności związanych z podejściem do pomiarów ręcznych jest błąd operatora. Konkretnie oznacza to, że dokonywane pomiary mogą się różnić w zależności od badacza z powodu nieco innego umieszczenia suwmiarki, co skutkuje wystarczająco znaczącymi różnicami, aby wpłynąć na wyniki danych, nawet przy najlepszych intencjach i doświadczeniu.
Bezdotykowe narzędzie badawcze
Kolejną wyraźną zaletą skanowania 3D w badaniach naukowych jest nieuszkadzanie delikatnych artefaktów.
Kiedy naukowcy z Monash University, Douglass Rovinsky i Justin W. Adams, odwiedzali muzea i kolekcje uniwersyteckie na całym świecie, aby cyfrowo uchwycić setki okazów różnych gatunków, potrzebnych do ich badań nad wymarłym już Thylacine, potrzebowali nieniszczącej metody przechwytywania danych.
„Kiedy otrzymujemy dostęp do określonego okazu w muzeum, ostatnią rzeczą, której chce kustosz jest martwienie się o jakiekolwiek zadrapania lub inne uszkodzenia od suwmiarki lub ręcznych urządzeń pomiarowych, nie wspominając o nadmiernej obsłudze w celu zmiany położenia”, mówi Rovinsky. „A umieszczanie jakichkolwiek znaczników lub celów na tych okazach byłoby nie do pomyślenia”.
Przy bardzo małym kontakcie i bez ryzyka uszkodzenia, w ciągu zaledwie kilku minut na okaz, zespół zeskanował łącznie 223 czaszki z 57 gatunków za pomocą skanera 3D Artec Space Spider.
Wybór techniki skanowania
Kiedy przyszło do wyboru skanera 3D, który najlepiej nadawał się do tej pracy, Ryding i jej zespół wybrali Artec Scan Spider i oprogramowanie Scan Studio z pomocą lokalnego dystrybutora sprzętu.
W dniach skanowania Ryding idzie do muzeum z myślą o jednym lub kilku konkretnych gatunkach.
W przypadku mniejszych ptaków, może zeskanować około 40 lub 50 w ciągu jednego popołudnia. W przypadku większych ptaków, około 30 do 40 jest bardziej realistycznym celem.
Proces skanowania jest prosty: Ryding kładzie ptaka na plecach na stole obrotowym. Następnie, obracając powoli stół, skanuje ptaka, rejestrując wszystkie istotne elementy anatomii dzioba w jednym przeciągnięciu. W ciągu kilku miesięcy zeskanowała ponad 3000 ptaków, a jej ostatecznym celem jest 6000 osobników.
„Każdy skan daje mi więcej niż wystarczającą ilość danych powierzchniowych dla wszystkich moich analiz, a nawet wystarczająco dużo dla przyszłych potencjałów badawczych, takich jak morfometria geometryczna”, mówi Ryding. „Myśląc o starym sposobie robienia tego, nie ma możliwości, aby zestaw cyfrowych suwmiarek mógł uchwycić nawet ułamek tych wysoce szczegółowych danych powierzchniowych”.
Ryding przetwarza skany w oprogramowaniu Artec Studio.
Badania są w toku, ale jak dotąd wykazały, że w ciągu ostatniego stulecia dzioby badanych ptaków zwiększyły swój rozmiar o około 4% do 10%.
Jeśli chodzi o rozszerzenie zakresu badań poza granice Australii, Ryding ma nadzieję, że więcej badaczy doda do istniejącej puli danych, umożliwiając dokładne określenie ilościowe i porównanie zmian kształtu, które miały miejsce u różnych gatunków ptaków (lub innych zwierząt) w różnych regionach, na kontynentach i półkulach.
„Jeśli chcemy ułatwić nasze badania, posiadanie bezpośrednio porównywalnych, dokładnych danych jest niezbędne”, mówi Ryding. „Ręczne pomiary nie są już wystarczające”.
Żródło: https://all3dp.com
