Рентгеновское сканирование сохраняет исчезающих приматов в цифровом «загробном мире» в 3D
Для исследователей исчезающих приматов получение образцов для изучения анатомии — сложная задача. Почти все из примерно 100 видов лемуров находятся под угрозой исчезновения из-за деятельности человека.
Когда животное в Duke Lemur Center умирает, ветеринар проводит посмертное обследование в течение 24 часов. Органы извлекаются, а образцы тканей сохраняются для будущих исследований. Туши хранятся в морозильниках или фиксируются в формалине.
Теперь эти тела сохраняются для настоящего и будущего с помощью метода рентгеновской визуализации — микро-компьютерной томографии (микроКТ). Вскоре любой сможет зайти на MorphoSource.org и получить 3D-модели внутренней анатомии десятков лемуров и других редких приматов в микрометровом разрешении, не повреждая оригинальные образцы.
"Даже после смерти эти животные продолжают вносить ценный научный вклад", — говорит бывший аспирант Duke Гейб Япунчич, который руководит проектом сканирования вместе с доцентом Дагом Бойером.
Виртуальное вскрытие: без скальпеля и пинцета
В Duke's Shared Materials Instrumentation Facility стоит сканер микроКТ. Внутри него в контейнере со сухим льдом находятся замороженные останки самки лемура по кличке Бьюти, умершей в 1985 году.
Сканер испускает конический пучок рентгеновских лучей на вращающуюся платформу. Проходящие через тело луча попадают на детектор, который делает тысячи снимков за каждый полный оборот. Компьютер реконструирует из них двумерные поперечные сечения, которые складываются в 3D-модель.
На экране можно увидеть 3D-модель головы Бьюти, созданную из 1900 срезов. Кликом мыши можно «виртуально» удалить мех, кожу и мягкие ткани, чтобы обнажить скелет в мельчайших деталях. Также можно изучать любые 2D-срезы.
Стандартная микроКТ позволяет визуализировать твердые ткани (кости, зубы), а с помощью специальных йодсодержащих красителей — и мягкие ткани (мышцы, нервы, сосуды) у умерших животных.
Япунчич отсканировал останки более 100 животных. Среди них — толстохвостый лемур Джонас, который умер в 2015 году в возрасте 29 лет, будучи старейшим представителем своего вида. На скане виден его хвост, свернутый вокруг тела, с десятками позвонков, аккуратно выстроенных в ряд.
"Если вы пойдете в музейную коллекцию, позвонки хвоста — это просто кучка костей в коробке", — отмечает Япунчич.
За 50-летнюю историю Duke Lemur Center в нем содержалось и разводилось более 4000 исчезающих приматов. За это время для исследований было сохранено более 400 туш трех десятков видов лемуров, лори, галаго и долгопятов.
Центр ежегодно получает десятки запросов на предоставление образцов. Но эти редкие и хрупкие образцы можно исследовать традиционными методами лишь ограниченное число раз. Повторная транспортировка и обработка могут повредить их и ускорить разрушение.
Создание высокодетализированных 3D-сканов и их размещение в сети позволит сократить разрушающий отбор проб и обеспечить доступность образцов для будущих исследований.
"Доступных образцов не так много. Если один исследователь препарирует и разрушит образец, следующий уже ничего не сможет с ним сделать", — говорит специалист по микроКТ и инженер Duke Джастин Глэдман. — "Оцифровав их, мы можем делиться ими онлайн. Вместо того чтобы лежать в музейном ящике, они становятся свободно доступными".
Польза из трагедии
В цифровом «загробном мире» костные конечности лемура по кличке Мерлин больше не проворны, но все еще целы.
Он был одним из четырех находящихся под угрозой исчезновения ай-ай (всего в неволе в мире их менее 60), которые внезапно погибли в Duke Lemur Center за 36 часов в октябре 2016 года. Персонал и исследователи были опустошены.
Поздние анализы показали, что виной был природный токсин в авокадо, ранее не известный как вредный для лемуров, который повредил их сердечную мышцу.
В лаборатории доцента Дага Бойера выпускница Duke Дарби Гриффит с помощью программного обеспечения объединяет почти 3000 2D-изображений Мерлина в 3D-модель.
Мерлин был очень популярен у сотрудников центра и часто использовал свой невероятно тонкий и ловкий средний палец, чтобы осторожно доставать мучных червей из сжатых кулаков смотрителей.
3D-рендеринг показывает его тело, покрытое кожей и мышцами. Кликом можно удалить плоть, увеличить череп Мерлина, чтобы изучить сложные паттерны стирания на его зубах, или заглянуть внутрь черепной полости, чтобы оценить размер и форму его мозга.
Гриффит загрузила эти 3D-изображения в онлайн-базу данных MorphoSource, созданную Бойером. Оцифровка еще продолжается, поэтому сканы Lemur Center пока не стали общедоступными. Но когда это произойдет, посетители MorphoSource смогут сравнивать Мерлина с другими особями или измерять анатомические вариации между видами.
Любой сможет просматривать образцы, измерять их, скачивать исходные данные и даже создавать собственные 3D-модели лемуров (как тела, так и скелета) на 3D-принтере.
"Это самая большая коллекция 3D-сканов лемуров. Это довольно круто", — говорит Гриффит.