海洋データを可視化し、植物プランクトンの長期変化を表現

要約

本稿では、植物プランクトンの顕微鏡画像をベクターグラフィックスと反復パターンに変換し、60年にわたる植物プランクトンの分類群とバイオマスの変化を可視化するためのプロトコルを紹介します。このプロトコルは、世界中の他のプランクトンの時系列やデータセットに利用できるアプローチを表しています。

要約

海洋学的時系列は、生態系の環境プロセスに関する重要な視点を提供します。米国ロードアイランド州ナラガンセット湾にあるナラガンセット湾長期プランクトン時系列(NBPTS)は、この種のプランクトン時系列(1959年〜現在)としては世界最長の1つであり、水生生態系内の長期的な変化を視覚化するユニークな機会を提供します。植物プランクトンは、ナラガンセット湾を含むほとんどの海洋システムの食物網の基盤を表しています。そのため、沿岸海域に暮らす24億人の人々にその重要性を伝えることが重要です。Adobe Illustratorを用いて、NBPTSから採取した植物プランクトンの顕微鏡画像をベクターグラフィックスに変換し、経時的な反復的な視覚パターンに適合させることで、植物プランクトンの多様性と大きさを可視化することを目的としたプロトコルを開発しました。数値的に豊富な分類群や、有害な藻類ブルーム分類群である Pseudo-nitzschia spp.など、経済的および健康上の脅威をもたらす分類群を画像変換用に選択しました。次に、さまざまな植物プランクトン画像のパターンを、収集された数十年(1970年代、1990年代、2010年代)の特定のデータに対する相対的な存在量に基づいて作成しました。植物プランクトンバイオマスの10年単位のパターンが各10年のアウトラインを知らせ、背景色の青から赤へのグラデーションを使用して、ナラガンセット湾で観察された長期的な気温上昇を明らかにしました。最後に、96インチ×34インチの大型パネルに植物プランクトンパターンを繰り返し印刷し、植物プランクトンの存在量の経時的な変化の可能性を示しました。このプロジェクトでは、普段は肉眼では見えない植物プランクトンバイオマスの文字通りの変化を可視化しながら、植物プランクトンバイオマスや存在量などのリアルタイムデータを活用します。これは、データの視覚化、コミュニケーション、教育、およびアウトリーチ活動のために、他の多くのプランクトンの時系列に利用できるアプローチを表しています。

概要

植物プランクトンは、水生生態系における食物網の基盤となる一次生産者である^1,2。植物プランクトンモニタリングプログラムは、海洋生態系の現在および将来の変化を特定するための鍵となりますが、そのサポートは時間の経過とともに減少しています³。植物プランクトンは、世代時間が比較的短く、移動性が限られているため、気候変動に特に敏感であり、時系列モニタリングの重要なツールとなっています。植物プランクトンの時系列は、生態系ベースの資源利用可能性の管理に情報を提供し、海洋^{熱波などの}一時的な事象のコンテキストを提供する上でも重要です4。短期時系列は、年単位で、植物プランクトン群集の継承と季節動態に関する洞察を与える(例えば、文献^5,6)が、バミューダ大西洋時系列(BATS)やハワイ海洋時系列(HOTS)プログラムなどの長期時系列は、20年以上にわたり、長期的な傾向の検出を可能にする^7,8.このような研究は、ダイナミックな海洋環境における長期的な生態系の変化を完全に理解するために、高度に分解....

プロトコル

1. 植物プランクトン画像のベクター画像化

1. ナラガンセット湾の長期プランクトン時系列(NBPTS)から撮影した植物プランクトンの顕微鏡画像を、.JPGファイル、.PNGファイル、または.PDFファイルとして選択します(図1A)。
   注:分類群には、Thalassiosira nordenskioeldii、Thalassionema nitzschioides、Tripos spp.、Odontella aurita、Skeletonema species complex、Chaetoceros diadema、Eucampia zodiacus、Dinophysis spp.、およびPseudo-nitzschia spp.が含まれます。画像は光学顕微鏡で撮影しました。
2. 特定のソフトウェア、ベクターグラフィックエディタ、またはこの研究に使用したイラストレーターを開きます( 材料表を参照)。ベクターグラフィックソフトウェアは、原稿でさらにイラストレーターとして言及されています。
3. .JPGまたは.PNG微細な画像を Illustrator のワークスペースに配置するには、コンピューターからファイルを開くか、新しいワークスペースにドラッグ&....

結果

その結果、1970年代から1990年代、2010年代にかけて植物プランクトンのバイオマスが減少していることが分かりました(図1)。すべての年で、クロロフィルa(chl a)濃度の二峰性ピークが示され、最初のピークは冬に発生し、2番目のピークは夏に発生しました。1970年代は、夏よりも冬の方が平均chl aが高かった。逆に、1990年代は夏よりも冬の方がchl a

ディスカッション

プロトコルの重要なステップには、植物プランクトンの顕微鏡画像を取得し、それらをベクトルグラフィックスに変換することが含まれます。肉眼では目立たない植物プランクトンの画像を、壁画に虫眼鏡なしでも見える大きさにすることで、見る人に生き生きとした印象を与えることができます。この壁画を単なる芸術作品としてではなく、データの可視化手法として実現するためには、?.......

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Adobe Illustrator	Adobe	version 23.0.6	Free alternatives include: Inkscape, GIMP, Vectr, Vectornator
Eclipse E800	Nikon	ECLIPSE Ni/Ci Upright Microscope	Now succeeded by Eclipse Ni-U
Epson Large Format Printer	Epson	SCT5475SR
Heavy Matte Paper	Epson	S041596
RStudio	Rstudio, PBC	version 2022.07.1	Any statistical software tool will suffice