Životinje pokazuju izuzetnu raznolikost boja i šara, od svetlucavog izgleda paunovog repa do karakterističnih rozeta na krznu jaguara. Kvantifikacija životinjske boje je dugogodišnji cilj evolucionih biologa, koji imaju za cilj da razumeju kako je boja evoluirala tokom vremena – i uključene fizičke i genetske mehanizme.
Na kraju krajeva, proučavanje boje životinja je važno jer može otkriti kako evolucione sile, kao što su prirodna i seksualna selekcija, daju prednost određenim osobinama u odnosu na druge. Međutim, potpuno hvatanje boje životinja je izazov jer istraživači moraju da biraju između visoke prostorne rezolucije (kao u tradicionalnoj fotografiji, koja hvata informacije u ograničenom broju kanala u boji) i visoke spektralne rezolucije (kao u spektrofotometriji, koja hvata spektar refleksije na jednom tačka).
Evolucioni biolozi sa Univerziteta Prinston nedavno su koristili hiperspektralno snimanje, najsavremeniji alat koji meri detaljne spektralne informacije na svakom pikselu na slici, kako bi istražili boju ptičjeg perja. Hiperspektralno snimanje funkcioniše tako što se svetlosni spektar deli na niz uskih traka, od kojih svaka odgovara malom opsegu talasnih dužina.
U suštini, slika se snima u svakoj od ovih uskih traka, generišući gomilu slika (ili „kocku podataka“) koja uključuje i prostorne i spektralne informacije. Svaki piksel u kocki podataka sadrži detaljne informacije o talasnim dužinama reflektovane svetlosti.
„Hiperspektralno snimanje nudi najbolje od oba sveta“, objasnila je dr Meri Kasvel Stodard, profesor na Odeljenju za ekologiju i evolucionu biologiju i viši autor studije. „Istraživači mogu da shvate sveobuhvatne podatke o refleksiji za čitav uzorak za nekoliko minuta, otvarajući nove mogućnosti za proučavanje boje životinja.
Hiperspektralno snimanje, koje se često koristi u poljoprivrednim i medicinskim aplikacijama, korišćeno je u nekoliko studija o boji životinja, ali je usvajanje generalno bilo sporo. Hiperspektralni podaci mogu biti nezgrapni – a komercijalne kamere su skupe i retko snimaju sve talasne dužine relevantne za životinje.
„U našoj studiji razvili smo novi računski cevovod — seriju analiza korak po korak — da pokažemo kako istraživači mogu da dobiju i proučavaju hiperspektralne podatke iz muzejskih primeraka. Objavili smo sve hiperspektralne podatke koje smo prikupili, kao i sve koda koji smo razvili, kako bismo pomogli drugima u repliciranju i izgradnji naših metoda“, rekao je dr Ben Hogan, naučni saradnik i glavni autor studije.
Hogan i Stodard su koristili komercijalnu kameru osetljivu na talasne dužine u rasponu od 325 do 700 nanometara, što u velikoj meri odgovara spektru vidljivom za ptice (obično 300 do 700 nanometara), uključujući ultraljubičasti opseg (300 do 400 nanometara).
Mnoge ptice imaju perje koje reflektuje ultraljubičasto svetlo. „Koristeći hiperspektralnu sliku, lako možemo da snimimo detaljne ultraljubičaste slike, ponekad otkrivajući čitave mrlje ultraljubičaste boje koje su nevidljive ljudima“, rekao je Stoddard.
Da bi demonstrirali moć hiperspektralnog snimanja u istraživanju boja životinja, Hogan i Stoddard su se fokusirali na rajske ptice. Ove harizmatične ptice su poreklom iz Nove Gvineje i obližnjih regiona i poznate su po svom živopisnom perju i složenim prikazima udvaranja.
Otkrijte najnovije u nauci, tehnologiji i prostoru sa preko 100.000 pretplatnika koji se oslanjaju na Phis.org za dnevne uvide.
Prijavite se za naš besplatni bilten i dobijajte novosti o otkrićima,
inovacije i istraživanja koja su važna – dnevno ili nedeljno.
Retka hibridna rajska ptica kralja Holandije bila je ključni predmet interesovanja. Poznato je da postoji samo oko 25 muških muzejskih primeraka širom sveta, a 12 primeraka drži Američki muzej prirodne istorije (AMNH) u Njujorku. Hibrid, ukrštanje Kralja i Veličanstvene rajske ptice, ima perje koje izgleda da kombinuje karakteristike svoje dve roditeljske vrste.
Prikupljanjem i analizom hiperspektralnih podataka sa uzoraka pozajmljenih od AMNH-a, Hogan i Stoddard su bili u mogućnosti da kvantifikuju stepen do kojeg je izgled hibrida zaista bio srednji – to jest, precizna mešavina boja iz njegove roditeljske vrste.
„Bili smo iznenađeni kada smo otkrili da za nekoliko delova perja — čak i onih obojenih veoma specifičnim mikro- i nano-strukturama — boja hibrida zaista podseća na mešavinu onih iz roditeljskih fenotipova“, rekao je Hogan.
Hogan i Stoddard su takođe integrisali hiperspektralno snimanje sa fotogrametrijom, tehnikom koja spaja stotine tradicionalnih slika snimljenih iz različitih uglova, kako bi se proizveli virtuelni 3D modeli uzoraka ptica. Ovi 3D modeli su vredni jer otkrivaju kako oblik tela i morfologija životinje utiču na njenu boju. Oni takođe pružaju detaljne digitalne zapise uzoraka, kojima istraživači i javnost mogu lako pristupiti—i koriste se u raznim morfometrijskim analizama.
Hiperspektralno snimanje će biti moćno sredstvo za proučavanje kamuflaže, boja upozorenja, mimike i prikaza udvaranja kod ptica—i šire. Tehnika je idealna za istraživanje drugih šarenih taksonomskih grupa, kao što su leptiri i bube. U budućnosti bi 3D modeli integrisani sa hiperspektralnim podacima mogli biti animirani kako bi se istražilo kako kretanje utiče na dizajn signala.
„Smatramo da bi hiperspektralno snimanje, u kombinaciji sa 3D modeliranjem, moglo postati novi ‘zlatni standard’ za mnoga istraživanja obojenosti životinja, posebno ona zasnovana na muzejskim zbirkama“, rekao je Stoddard. „Iako hiperspektralno snimanje životinja koje se kreću na terenu ostaje izazov – kao i snimanje prelive boje – pristup ima ogroman potencijal.“
