Procesamiento automático de imágenes para determinar la estructura del tamaño de la comunidad de macroinvertebrados ribereños

Summary

El artículo se basa en la creación de un protocolo adaptado para escanear, detectar, clasificar e identificar objetos digitalizados correspondientes a macroinvertebrados bentónicos de río utilizando un procedimiento de imagen semiautomático. Este procedimiento permite la adquisición de las distribuciones de tamaño individuales y métricas de tamaño de una comunidad de macroinvertebrados en aproximadamente 1 h.

Abstract

El tamaño corporal es un rasgo funcional importante que puede utilizarse como bioindicador para evaluar los impactos de las perturbaciones en las comunidades naturales. La estructura del tamaño de la comunidad responde a gradientes bióticos y abióticos, incluidas las perturbaciones antropogénicas en taxones y ecosistemas. Sin embargo, la medición manual de organismos de cuerpo pequeño como los macroinvertebrados bentónicos (por ejemplo, >500 μm a unos pocos centímetros de largo) lleva mucho tiempo. Para acelerar la estimación de la estructura del tamaño de la comunidad, aquí, desarrollamos un protocolo para medir semiautomáticamente el tamaño corporal individual de los macroinvertebrados de río preservados, que son uno de los bioindicadores más utilizados para evaluar el estado ecológico de los ecosistemas de agua dulce. Este protocolo está adaptado de una metodología existente desarrollada para escanear mesozooplancton marino con un sistema de escaneo diseñado para muestras de agua. El protocolo consta de tres pasos principales: (1) escanear submuestras (fracciones de tamaño de muestra finas y gruesas) de macroinvertebrados de río y procesar las imágenes digitalizadas para individualizar cada objeto detectado en cada imagen; (2) crear, evaluar y validar un conjunto de aprendizaje a través de inteligencia artificial para separar semiautomáticamente las imágenes individuales de macroinvertebrados de los detritos y artefactos en las muestras escaneadas; y (3) que representa la estructura de tamaño de las comunidades de macroinvertebrados. Además del protocolo, este trabajo incluye los resultados de calibración y enumera varios desafíos y recomendaciones para adaptar el procedimiento a las muestras de macroinvertebrados y considerar mejoras adicionales. En general, los resultados apoyan el uso del sistema de escaneo presentado para la medición automática del tamaño corporal de los macroinvertebrados de río y sugieren que la representación de su espectro de tamaño es una herramienta valiosa para la bioevaluación rápida de los ecosistemas de agua dulce.

Introduction

Los macroinvertebrados bentónicos se utilizan ampliamente como bioindicadores para determinar el estado ecológico de las masas de agua¹. La mayoría de los índices para describir comunidades de macroinvertebrados se centran en métricas taxonómicas. Sin embargo, se fomentan nuevas herramientas de bioevaluación que integren el tamaño corporal para proporcionar una perspectiva alternativa o complementaria a los enfoques taxonómicos ^2,3.

El tamaño corporal se considera un metarasgo que está relacionado con otros rasgos vitales como el metabolismo, el crecimiento, ....

Protocol

NOTA: El protocolo descrito aquí se basa en el sistema desarrollado por Gorsky et ^al.27 para el mesozooplancton marino. Una descripción específica de los pasos del escáner (ZooSCAN), el software de escaneo (VueScan 9x64 [9.5.09]), el software de procesamiento de imágenes (Zooprocess, ImageJ) y el software de identificación automática (Plankton Identifier) se puede encontrar en referencias anteriores^32,33. Para ajustar mejor los tamaños de los macroinvertebrados bentónicos con respecto al mesozooplancton, una vez creado el proyecto siguiendo el protocolo original^32,33

Discussion

La adaptación de la metodología descrita por Gorsky et al. 2010 para macroinvertebrados ribereños permite una alta precisión de clasificación en la estimación de la estructura del tamaño de la comunidad en macroinvertebrados de agua dulce. Los resultados sugieren que el protocolo puede reducir el tiempo para estimar la estructura de tamaño individual en una muestra a aproximadamente 1 hora. Por lo tanto, el protocolo propuesto está destinado a promover el uso rutinario de espectros de tamaño de macroinvertebrad.......

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Beaker	Labbox		Other containers could be used
Dionized water	Icopresa	8420239600123	To dilute the ethanol
Funnel	Vitlab	41094
Glass vials 8 ml	Labbox	SVSN-C10-195	1 vial/subsample
ImageJ Software	Free access		Version 4.41o/ Image processing software
Large frame	Hydroptic	Provided by ZooScan	24.5 cm x 15.8 cm
Monalcol 96 (Ethanol 96)	Montplet	1050JE001
Plankton Identifier Software	Free access		Version 1.2.6/ Automatic identification software
Sieve	Cisa	26852.2	Nominal aperture 500µ and nominal aperture 0,5 cm
Tweezers	Bondline	B5SA	Stainless, anti-magnetic, anti-acid
VueScan 9 x 64 (9.5.09) Software	Hydroptic		Version 9.0.51/ Sacn software
Wooden needle			Any plastic or wood needle can be used
Zooprocess Software	Free access		Version 7.14/Image processing software
ZooScan	Hydroptic	54	Version III/ Scanner