식물성 플랑크톤의 장기적인 변화를 묘사하기 위한 해양학적 데이터 시각화

요약

여기에서는 식물성 플랑크톤 현미경 이미지를 벡터 그래픽과 반복적인 패턴으로 변환하여 60년 동안 식물성 플랑크톤 분류군과 바이오매스의 변화를 시각화할 수 있는 프로토콜을 제시합니다. 이 프로토콜은 전 세계적으로 다른 플랑크톤 시계열 및 데이터 세트에 활용할 수 있는 접근 방식을 나타냅니다.

초록

해양학 시계열은 생태계의 환경 과정에 대한 중요한 관점을 제공합니다. 미국 로드아일랜드주 내러갠섯 베이에 있는 내러갠섯 베이 장기 플랑크톤 시계열(NBPTS)은 세계에서 가장 긴 플랑크톤 시계열(1959-현재) 중 하나이며 수중 생태계 내의 장기적인 변화를 시각화할 수 있는 독특한 기회를 제공합니다. 식물성 플랑크톤은 Narragansett Bay를 포함한 대부분의 해양 시스템에서 먹이 그물의 기초를 나타냅니다. 따라서 연안 바다에 살고 있는 24억 명의 사람들에게 그 중요성을 알리는 것이 중요합니다. 우리는 어도비 일러스트레이터(Adobe Illustrator)를 활용하여 NBPTS에서 수집한 식물성 플랑크톤의 현미경 이미지를 벡터 그래픽으로 변환하여 시간이 지남에 따라 반복적인 시각적 패턴으로 일치시킬 수 있는 식물성 플랑크톤의 다양성과 규모를 시각화하는 것을 목표로 프로토콜을 개발했습니다. 수적으로 풍부한 분류군 또는 유해한 조류 번성 분류군( Pseudo-nitzschia spp.)과 같이 경제적 및 건강적 위협이 되는 분류군이 이미지 변환을 위해 선택되었습니다. 그런 다음 수집된 수십 년(1970년대, 1990년대 및 2010년대)의 데이터에 대한 상대적 풍부도를 기반으로 다양한 식물성 플랑크톤 이미지의 패턴을 생성했습니다. 식물성 플랑크톤 바이오매스의 데카달 패턴은 각 10년의 윤곽을 알려주었고, 파란색에서 빨간색까지의 배경색 그라데이션을 사용하여 Narragansett Bay에서 관찰된 장기적인 온도 상승을 나타냈습니다. 마지막으로, 96인치 x 34인치의 대형 패널에 반복되는 식물성 플랑크톤 패턴으로 인쇄하여 시간 경과에 따른 식물성 플랑크톤 풍부도의 잠재적인 변화를 설명했습니다. 이 프로젝트를 통해 일반적으로 육안으로는 보이지 않는 식물성 플랑크톤 바이오매스의 문자 그대로의 변화를 시각화하는 동시에 예술 작품 자체의 실시간 시리즈 데이터(예: 식물성 플랑크톤 바이오매스 및 풍부도)를 활용할 수 있습니다. 이는 데이터 시각화, 커뮤니케이션, 교육 및 봉사 활동을 위해 다른 많은 플랑크톤 시계열에 활용할 수 있는 접근 방식을 나타냅니다.

서문

식물성 플랑크톤은 수생 생태계 전반에 걸쳐 먹이 그물의 기초를 대표하는 주요 생산자이다 ^1,2. 식물성 플랑크톤 모니터링 프로그램은 해양 생태계의 현재와 미래의 변화를 식별하는 데 중요하지만, 시간이 지남에 따라 그 지원은 감소하고 있다 ³. 상대적으로 짧은 생성 시간과 제한된 이동성으로 인해 식물성 플랑크톤은 기후 변화에 특히 민감하게 반응하므로 시계열 모니터링에서 중요한 도구가 됩니다. 식물성 플랑크톤 시계열은 생태계 기반 자원 가용성 관리를 알리고 해양 열파와 같은 일시적인 사건에 대한 맥락을 제공하는 데에도 중요하다⁴. 단기 시계열은 식물성 플랑크톤 군집 계승 및 계절 역학에 대한 통찰력을 제공하는 반면(예: ^ref.5,6), 버뮤다 대서양 시계열(BATS) 및 하와이 해양 시계열(HOTS) 프로그램과 같은 장기 시계열은 20년 이상에 걸쳐 장기 추세를 감지할 수 있습니다 ^7,8

프로토콜

1. 식물성 플랑크톤 이미지를 벡터 그래픽으로 변환

1. Narragansett Bay Long Term Plankton Time Series(NBPTS)에서 .JPG, .PNG 또는 .PDF 파일로 촬영한 식물성 플랑크톤 현미경 이미지를 선택합니다(그림 1A).
   참고 : 분류군에는 Thalassiosira nordenskioeldii, Thalassionema nitzschioides, Tripos spp., Odontella aurita, Skeletonema 종 복합체, Chaetoceros diadema, Eucampia zodiacus, Dinophysis spp. 및 Pseudo-nitzschia spp.가 포함됩니다. 이미지는 광학 현미경으로 촬영했습니다.
2. 특정 소프트웨어 벡터 그래픽 편집기 또는 이 연구에 사용된 일러스트레이터를 엽니다( 재료 표 참조). 벡터 그래픽 소프트웨어는 원고에서 일러스트레이터로 더 많이 언급되었습니다.
3. 컴퓨터에서 파일을 열거나 새 작업 영역으로 끌어다 놓아 .JPG 또는 .PNG 미세한 이미....

토론

프로토콜의 중요한 단계에는 식물성 플랑크톤의 현미경 이미지를 획득하고 벡터 그래픽으로 변환하는 것이 포함됩니다. 육안으로는 눈에 띄지 않는 식물성 플랑크톤의 이미지를 벽화에 돋보기 없이도 볼 수 있을 만큼 크게 만드는 것은 보는 사람에게 생동감을 불어넣는 데 도움이 됩니다. 이 벽화를 예술 작품일 뿐만 아니라 데이터 시각화 방법으로 구현하기 위해서는 관찰된 데이터를 프로젝트.......

자료

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