3D-scanninger af flagermuskranier hjælper naturhistoriske museer med at åbne mørke hjørner af deres samlinger

Forestil dig et naturhistorisk museum. Hvad kommer til at tænke på? Barndomsminder om dinosaurskeletter og dioramaer? Eller måske besøger du stadig for at se planetarieshows eller en IMAX-funktion? Du kan blive overrasket over at høre, at bag disse offentligt vendte udstillinger ligger en uvurderlig skatkammer, som de fleste besøgende aldrig vil se:et museums samlinger.

Langt fra at blive glemt, støvede grave, som nogle gange er opfattelsen, disse samlinger er vært for den allernyeste forskning om livet på denne planet. Omfanget af nogle af de største samlinger kan være overvældende. Smithsonian National Museum of Natural History, for eksempel, huser over 150 millioner eksemplarer. Selv en mindre akademisk institution, ligesom Research Museums Center ved University of Michigan, huser en labyrint af hvælvinger, bevare millioner af skeletter, fossiler, tørret plantemateriale og krukkede organismer.

Mest vigtigt, aktive forskere, der til enhver tid ser over denne rigdom af viden, arbejder på at optrevle forviklingerne af jordens biodiversitet. På University of Michigan, hvor jeg modtog min ph.d. i økologi og evolutionsbiologi, Jeg arbejdede omgivet af disse skeletter, fossiler og andre naturskatte. Disse prøver var afgørende for min forskning, som primære optegnelser for verdens naturhistorie.

Men på trods af den uoverskuelige værdi af disse samlinger, Jeg spekulerede ofte på, hvordan man kunne gøre dem mere tilgængelige. Et projekt til digital scanning af hundredvis af flagermuskranier var en måde at bringe eksemplarer, der ville se hjemme i en antik victoriansk samling, direkte på forkant med det 21. århundredes museumspraksis.

En værdifuld ressource, stort set skjult

Ved at forske i variation mellem og inden for samlingsprøver, biologer har afsløret mange økologiske og evolutionære mysterier i den naturlige verden. For eksempel, en nylig undersøgelse af fugleprøver sporede den stigende koncentration af atmosfærisk sort kulstof og dets rolle i klimaændringer over mere end et århundrede. Forskere kan indsamle gammelt DNA fra prøver og indsamle information om historiske befolkningsniveauer og sund genetisk diversitet for organismer, der nu er truet og truet.

Min egen forskning om global flagermusdiversitet brugte hundredvis af museumsprøver til at konkludere, at tropiske flagermus sameksisterer lettere, end mange biologer forventer. Dette fund passer med et overordnet mønster på tværs af meget af livets træ, hvor tropiske arter overstiger deres tempererede fætre. Det kan også hjælpe med at forklare, hvorfor i mange dele af Central- og Sydamerika, flagermus er blandt de mest talrige og mangfoldige pattedyr, periode.

Imidlertid, forskning på disse prøver kræver ofte direkte adgang, som kan komme til en høj pris. Forskere skal enten rejse til museer, eller museer skal sende deres eksemplarer i massevis til forskere – både logistiske og økonomiske udfordringer. Museer er forståeligt nok på vagt over for at sende mange eksemplarer, der virkelig er uerstattelige - det sidste bevis på, at nogle organismer nogensinde har eksisteret i vores verden. Et museums budget og CO2-fodaftryk kan hurtigt ballonere med lån. Og da fysiske prøver ikke kan være mere end ét sted på én gang, forskere kan blive nødt til at vente på ubestemt tid, mens deres materialer udlånes til en anden.

CT scanning flagermus kranier

Jeg har forsøgt at tackle disse problemer med adgang sammen med mine samarbejdspartnere Daniel Rabosky og Erin Westeen ved hjælp af mikro-CT-teknologi. Ligesom med medicinsk CT-scanning, micro-CT bruger røntgenstråler til at digitalisere objekter uden at beskadige dem – i vores tilfælde, disse scanninger sker i den fine skala af milliontedele meter (mikrometer). Dette betyder, at mikro-CT-scanninger er utrolig nøjagtige ved høje opløsninger. Selv meget små eksemplarer og dele er bevaret i levende detaljer.

Til min ph.d. forskning, vi brugte mikro-CT-scanning til at digitalisere næsten 700 individuelle flagermuskranier fra vores museums samling. Med skøn på omkring 1, 300 beskrevne arter, flagermus repræsenterer omkring 25 til 30 procent af moderne pattedyrarter, næst efter gnavere. Imidlertid, en af ​​grundene til, at forskere længe har været fascineret af flagermus, er deres enorme mangfoldighed af adfærd og funktion i naturen. Meget af denne økologiske mangfoldighed er indkodet i deres kranier, som varierer meget i form og størrelse.

På Michigan School of Dentistrys mikro-CT-facilitet, vi scannede hvert flagermus-kranie i høje opløsninger. Hver scanning producerede hundredtusindvis af billeder pr. prøve - hvert billede et lille tværsnit af et originalt kranie. Med disse "stabler" af tværsnit, vi rekonstruerede derefter 3-D overflader og volumener. I det væsentlige, vi genskabte et 3-D "digitalt eksemplar" fra hver af de omkring 700 originaler.

Digitale prøver åbner døre

I samarbejde med MorphoSource ved Duke University, vi har siden publiceret vores digitale eksemplarer i et åbent-adgangs-depot for forskere, pædagoger og elever. Hvert digitalt eksemplar er forbundet med de samme identifikationsdata som dets originale, muliggør forskning uden rejse eller forsendelse. Endnu bedre, mange sarte dele kan dissekeres digitalt uden frygt for uoprettelig skade. Digitale prøver kan endda 3D-printes i varierende skalaer til brug i undervisningsmiljøer og museumsudstillinger.

Mine kolleger Dan og Erin har fortsat med at udvide denne indsats til andre hvirveldyr på vores museum. Vores håb er, at det bredere videnskabelige samfund vil omfavne digitale prøvedata med åben adgang på nogenlunde samme måde som digitale, offentligt tilgængelige genetiske data er blevet vedtaget på tværs af biologi. Digitalisering kan udvide rækkevidden af ​​hvert museum, især da scanningspriserne falder, og mikro-CT-software med åben adgang bliver mere praktisk.

Denne digitale revolution kommer på et tidspunkt, hvor mange naturhistoriske museer er truet. Rundt om på kloden, museer er hæmmet af budgetnedskæringer og årtiers forsømmelse, med ødelæggende konsekvenser.

En måde at revitalisere museer på er at omfavne digitale missioner, der bevarer uvurderlige data og fremmer globalt samarbejde. Langt fra at gøre fysiske samlinger forældede, digitalisering kan modernisere naturhistoriske museer, som det har med biblioteker og andre kunstmuseer, historie og kultur. Originalerne vil altid være der for dem, der ønsker at dykke dybt ned i naturhistorien. Den digitale fløj kan i stedet invitere til nysgerrighed og spørgsmål fra kilder, de fleste museer aldrig kunne drømme om ellers at nå.

I mine tidligste dage som biolog, Jeg var plaget af almindelige forskerbekymringer. Hvad skulle der ske med alle mine data? Hvem ellers ville nogensinde se det? Forskere ved aldrig, hvilket nyt liv der kan pustes ind i vores grundforskning efter år, årtier, århundreder. Jeg tænker på de hundredvis af tidligere videnskabsmænd, der ubevidst bidrog med data til min egen forskning, spænder over næsten 130 år og seks kontinenter af ekspeditioner.

Ved at digitalisere deres tidligere indsats, mine kolleger og jeg sikrede, at de kan nå et bredt publikum, langt ud over, hvad de sandsynligvis havde forestillet sig. Ikke længere bør den potentielle påvirkning af nogen prøve være begrænset af væggene og begrænsningerne på et museum. I stedet, museer kan åbne deres døre til en digital fremtid, invitere enhver ind i naturens endeløse vidundere.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.