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企業(yè)新聞
ZooSCAN助力北極浮游動物長期監(jiān)測
訪問數(shù)量:748發(fā)布時間:2023-12-08

德國AWI實驗室的科學(xué)家Astrid Cornils使用ZooSCAN,成功地對先前保存的浮游動物舊樣品進(jìn)行了重新分析,并詳細(xì)比較了浮游動物顯微鏡計數(shù)方法和圖像分析方法(ZooSCAN)結(jié)果的異同,致力于將兩種浮游動物分析方法相結(jié)合,用于海洋浮游動物長期監(jiān)測。


研究背景

浮游動物,特別是橈足類浮游動物,是初級生產(chǎn)和更高營養(yǎng)水平之間的連接樞紐。浮游動物對碳的循環(huán)和輸出也至關(guān)重要。近年來,北極的海洋生態(tài)系統(tǒng)受到氣候變化的嚴(yán)重威脅,海冰厚度和覆蓋范圍不斷縮??;此外,在過去幾十年里,大西洋暖水的流入有所增加,已經(jīng)改變了北冰洋部分海區(qū)的浮游動物群落,北冰洋的遠(yuǎn)洋浮游生態(tài)系統(tǒng)受到了嚴(yán)重威脅。

在未來的北極,結(jié)合環(huán)境變量,對浮游動物種群動態(tài)進(jìn)行評估是預(yù)測生態(tài)系統(tǒng)過程和功能的關(guān)鍵。因此,對浮游動物樣品加速分類鑒定,快速獲取生物量和粒徑數(shù)據(jù)以供建模是至關(guān)重要的。


研究方法

采樣于2011年6月29日至2011年7月10日進(jìn)行。采樣地點位于弗拉姆海峽(圖1)。使用浮游生物連續(xù)采樣網(wǎng)MultiNet(Midi型,HYDRO-BIOS,德國圖2)采集浮游動物樣品,采樣水深分別為1500-1000-500-200-50-0 m。

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圖1 采樣站位圖


采集到的浮游動物樣品于2011年10月到2012年3月進(jìn)行了顯微鏡分析,并于2019年使用浮游動物圖像掃描分析系統(tǒng)(ZooSCAN,圖3)對存檔樣品進(jìn)行了重新分析,并將兩種分析方法得到的結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)比較。

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圖2 浮游生物連續(xù)采樣網(wǎng)MultiNet

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圖3 浮游動物圖像掃描分析系統(tǒng)ZooSCAN


研究結(jié)果

1. 浮游動物分類組成和總豐度

通過顯微鏡和ZooSCAN圖像分析方法獲得的浮游動物分類組成和總豐度的結(jié)果相似。顯微鏡方法共鑒定出43個浮游動物類群,ZooSCAN圖像分析方法共鑒定出41個浮游動物類群(表1)。兩種方法中,橈足類均為最豐富的類群。非橈足類占浮游動物總豐度的10%以下(ZooSCAN:平均3.3%;顯微鏡:平均3.5%)。兩種分析方法也得到了相似的浮游動物分布模式,總豐度總是在0-50米范圍內(nèi)最高,而隨著深度的增加,所有站點的中型浮游動物豐度都顯著減少(圖4)。

值得一提的是,在本實驗中,由于顯微鏡方法分析時,分析人員具備的分類學(xué)專業(yè)知識還不夠全面,導(dǎo)致三種浮游多毛類物種未被鑒定出來。而此次ZooSCAN成像方法再分析,在原來的樣品中又鑒定出了此前未經(jīng)發(fā)現(xiàn),只出現(xiàn)過一到兩次的橈足類物種,這表明ZooSCAN圖像分析方法,也更容易檢測出稀有物種。

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表1 通過ZooSCAN和顯微鏡方法鑒定的浮游動物類群。

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圖4 主要浮游動物類群的相對豐度,A. ZooSCAN圖像分析方法;B.顯微鏡方法;C.兩種方法中浮游動物的總豐度(ind m-3)


2. ZooSCAN和顯微鏡之間的豐度比較

ZooSCAN圖像分析方法和顯微鏡計數(shù)方法得出的6個站點的浮游動物總豐度呈顯著相關(guān)關(guān)系(R2= 0.94,p > 0.0001;圖5)。這兩種方法得到的豐度比值在浮游動物總數(shù)、數(shù)量豐富的Calanidae和Oithonidae科以及數(shù)量較少的Metridididae科中都接近1:1。

ZooSCAN圖像分析方法可以確定很多大型橈足類的發(fā)育階段,如Calanus,Metridia,Paraeuchaeta,Heterorhabdus,Scaphocalanus和Aetideidae。在小型橈足類動物中,如Microcalanus、Spinocalanus和Pseudocalanus,能夠在圖像上識別雌性和雄性。

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圖5 兩種分析方法關(guān)于樣品豐度的相關(guān)關(guān)系。黑色線表示1:1比例;藍(lán)色線表示顯著關(guān)系


3. NBSS

對所有水層(0-50-200-500-1000-1500m)的浮游動物標(biāo)準(zhǔn)化粒徑譜(NBSS)進(jìn)行了歸一化處理。在所有樣品中,小型浮游生物占主導(dǎo)地位。表層水(0-50m)NBSS斜率的陡峭度在各個站點之間差異很大,而在1000-1500m的水層中,斜率較為一致,介于0.51和0.69之間。


研究結(jié)論

Astrid的研究表明,在對北極生態(tài)系統(tǒng)中浮游動物的樣品進(jìn)行分析時,ZooSCAN圖像分析方法可以是顯微鏡方法的很好替代。兩者在浮游動物分類組成、總豐度以及大型關(guān)鍵物種的種群結(jié)構(gòu)分析中具有一致性。這種一致性可以將歷史(顯微鏡)數(shù)據(jù)與ZooSCAN圖像分析數(shù)據(jù)相結(jié)合,用于長期監(jiān)測。


相關(guān)文獻(xiàn)

1. Cornils A, Thomisch K, Hase J, et al. Testing the usefulness of optical data for zooplankton long‐term monitoring: Taxonomic composition, abundance, biomass, and size spectra from ZooScan image analysis[J]. Limnology and Oceanography: Methods, 2022, 20(7): 428-450.

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