Assessing species distributions and morphometrics in Southern Ocean diatoms using high throughput imaging and semi-automated image analysis
Final Report Abstract
In diesem Projekt haben wir innovative digitale Methoden für die bildbasierte Analyse von Diatomeenpräparaten (weiter-)entwickelt. Diatomeen oder Kieselalgen sind mikroskopische Algen, deren Zellen Silikatschalen mit sehr variablen Formen und Feinstrukturen ausbilden, aufgrund derer durch mikroskopische Untersuchung Zehntausende Arten unterschieden werden können. Diese werden vielfach als Umweltindikatoren verwendet, sowohl in rezenten Gewässern, als auch in vielen Sedimenten wo sie über Jahrtausende bis manchmal -Millionen erhalten bleiben können. Außerdem sind Diatomeen die wichtigsten Primärproduzenten in den Polarmeeren, und spielen eine wichtige Rolle in globalen Stoffkreisläufen. Traditionell werden die Kieselschalen auf mikroskopischen Objektträgern in speziellen Einbettungsmitteln eingeschlossen und dann im Lichtmikroskop beobachtet. Die Methoden, die wir in diesem Projekt weiterentwickelt haben, ermöglichen es, diese mikroskopischen Analysen zu digitalisieren und zum Teil zu automatisieren. Dies beinhaltet großskalige mikroskopische Bilderfassung sowie spezialisierte Bildanalyse-Methoden, die es ermöglichen, Kieselschalen in mikroskopischen Bildern zu detektieren und zu vermessen. Neben der Entwicklung haben wir in dem Projekt diese Methoden auch in drei Fallstudien eingesetzt. In diesen Studien haben wir versucht, den Mehrwert solcher digitaler Diatomeenanalysen aufzuzeigen, so z.B. eine feine morphologische Auflösung von sehr ähnlichen Arten, die durch präzise Bildvermessung ermöglicht wurde, was vermutlich auch die Qualität von Aussagen über vergangene Klimatische Bedingungen verbessern kann; die Möglichkeit, sehr große Anzahlen von Schalen zu vermessen, die in Analysen des Lebenszyklus relevant sein kann; oder auch, dass solche Bilder verwendet werden können für eine automatisierte taxonomische Identifikation. Die Anwendung der in dem Projekt entwickelten Methoden ermöglicht eine bessere Nachnutzung von erhobenen Daten und stellt eine bessere Transparenz der wissenschaftlichen Aussagen sicher, da jedes einzelne Individuum, das in einer Studie ausgewertet wurde, auch durch digitale Fotos dokumentiert ist. Diese Fotos sowie alle aus denen erhobenen Daten stehen allen für ihre eigenen Nachforschungen in dem Repositorium PANGAEA zu Verfügung.
Publications
- (2015): Aquatische Optische Technologien in Deutschland , Marine Science Reports - Meereswissenschaftliche Berichte, 97 , pp. 1-83
Schulz, J., Möller, K. O., Bracher, A., Hieronymi, M., Cisewski, B., Zielinski, O., Voss, D., Gutzeit, E., Dolereit, T., Niedzwiedz, G., Kohlberg, G., Schories, D., Kiko, R., Körtzinger, A., Falldorf, C., Fischer, P., Nowald, N., Beisiegel, K., Martinez-Arbizu, p., Rüssmeier, N., Röttgers, R., Büdenbender, J., Jordt- Sedlazeck, A., Koch, R., Riebesell, U., Iversen, M., Köser, K., Kwasnitschka, T., Wellhausen, J., Thoma, C., Barz, K., Rhode, S., Nattkemper, T. W., Schoening, T., Peeters, F., Hofmann, H., Busch, J., Hirche, H. J., Niehoff, B., Hildebrandt, N., Stohr, E., Winter, C., Herbst, G., Konrad, C., Schmidt, M., Linke, P., Brey, T., Bange, H. W., Nolle, L., Krägefsky, S., Gröger, J., Sauter, E., Schulz, M., Müller, J., Rehder, G., Stepputtis, D., Beszteri, B., Kloster, M., Kauer, G., Göritz, A., Gege, P., Freiherr von Lukas, U. and Bathmann, U. V.
(See online at https://doi.org/10.12754/msr-2015-0097) - (2017): Large-Scale Permanent Slide Imaging and Image Analysis for Diatom Morphometrics, Applied Sciences, 7 (4), p. 330
Kloster, M., Esper, O., Kauer, G. and Beszteri, B.
(See online at https://doi.org/10.3390/app7040330) - (2018). Quantitative comparison of taxa and taxon concepts in the diatom genus Fragilariopsis: using slide scanning, multi-expert image annotation and image analysis in taxonomy. Journal of Phycology
Beszteri, B., Allen, C., Almandoz, G.O., Armand, L., Barcena, M.A., Cantzler, H., Crosta, X., Esper, O., Jordan, R.W., Kauer, G., Klaas, C., Kloster, M., Leventer, A., Pike, J. & Rigual Hernández, A.S.
(See online at https://doi.org/10.1111/jpy.12767) - (2018): Morphometry of the diatom Fragilariopsis kerguelensis from Southern Ocean sediment: High-throughput measurements show second morphotype occurring during glacials. Marine Micropaleontology, 143: 70-79
Kloster, M., Kauer, G., Esper, O., Fuchs, N. and Beszteri, B.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.marmicro.2018.07.002)
