Avanceret virtuel teknologi fanger, hvordan koralrev kommer sig efter blegning

Forskere ved Scripps Institution of Oceanography og ingeniører ved UC San Diego har brugt ny billedbehandlingssoftware til at opdage dramatisk genopretning efter en blegningsbegivenhed på revene omkring den fjerne Palmyra Atoll i det tropiske Stillehav. Forskningen blev offentliggjort 5. april i Koralrev .

I 2015 Palmyra oplevede sit varmeste vand i registreret historie, foranledigede en udbredt blegningsbegivenhed, der ramte over 90 procent af korallerne omkring øen. Forskere fandt ud af, at på trods af den udbredte blegning, de fleste af korallerne genvundet, med mindre end 10 procent døende.

Konklusionerne er baseret på omfattende overvågning af revene og giver mulighed for mere præcise observationer af, hvordan revene ændrer sig over tid. Forskerne brugte et langtidsdatasæt med tusindvis af billeder af det samme revområde indsamlet over otte år. Disse billeder blev syet sammen ved hjælp af brugerdefineret software til at skabe 3-D fotomosaikker af økosystemet - en virtuel repræsentation af korallerne. Teknologien er udviklet af 100 Island Challenge-teamet, en samarbejdsgruppe af marine økologer og ingeniører, der bruger den nyeste teknologi til at overvåge koralrev rundt om i verden.

"Denne billeddannelse giver en måde at komme tilbage til miljøet i en virtuel verden, " sagde Mike Fox, hovedforfatter og postdoc ved Woods Hole Oceanographic Institution, der gennemførte forskningen som ph.d. elev hos Scripps. "Det giver os mulighed for at bringe revet tilbage til laboratoriet."

Forskerne kombinerede denne billedteknologi med en ny brugerdefineret visualiseringssoftware, VisCore, som giver brugerne mulighed for at gense de tusindvis af fotografier, der udgør mosaikkerne. VisCore tog mere end 15, 000 billeder for hvert 10 kvadratmeter område af koralrev og derefter behandlede dataene for at gøre billederne til et 3-D-kort, som brugerne kan dykke ned i i virtual reality.

100 Island Challenge låste bogstaveligt talt en anden dimension til Viscore ved at bringe et meget tværfagligt forskerhold sammen, at oprette data, algoritmer og værktøjer, der nu gør det muligt for forskere virtuelt at udforske rev i laboratoriet; at rejse i tid nærmest fra år til år; at spore vækst og tilbagegang af individuelle kolonier; og at studere rumlige og tidsmæssige forhold på tværs af revet.

Projektet blev muliggjort ved at samle forskere fra Scripps og Jacobs School of Engineering ved UC San Diego med et dybt engagement i projektet, sagde Falko Kuester, en professor i datalogi og konstruktionsteknik ved UC San Diego.

"Vi vil give koralrev en stemme, at fortælle deres historier og engagere interessenter for at beskytte dem, " han sagde.

Hundredvis af videoer, som forskerne har genereret, er tilgængelige på YouTube til offentlig visning.

"Programmet gav os den unikke mulighed for virtuelt at genbesøge hvert af vores dyk og at undersøge revet med et nyt fokus, " sagde Fox. "Når vi 'dykkede' tilbage ind i billederne, vi indså, at blegningen var endnu værre, end vi huskede, da vi faktisk dykkede på revet og indsamlede dataene."

Sammen med dokumentation af blegningen, forskerne var i stand til nøje at overvåge genopretningen af ​​koraller. Ser på fotomosaikker af revet efter blegningsbegivenheden, Fox og team dokumenterede vækst i en vigtig revbyggeri, skorpe koralalger. Denne alge hjælper med at holde rev sammen og kan tilskynde til bosættelse af unge koraller.

I områder, hvor koraller døde og var dækket af rev-kvælende alger, forskere så, at denne alge på omkring et år blev erstattet af den lyserøde skorpe-koralline. Dette skyldes til dels sundheden i det større økosystem, da Palmyra har robuste bestande af planteædende fisk, der kan kontrollere destruktiv algevækst.

At spore disse genopretningsprocesser ved specifikke koralkolonier over tid giver forskerne en dybere forståelse af, hvordan individuelle koraller – og det større rev de er en del af – håndterer miljøbelastninger i en tidsalder med menneskepåvirkede klimaændringer.

Traditionelt, ændringer i koralrev blev målt med transektprøvetagning, hvor dykkere registrerer observationer langs en bestemt linje hen over revet.

"Det er som at prøve at måle den nationale befolkningstilvækst ved at gå til en tilfældig amerikansk by og spørge folk, om de havde et barn, " sagde Stuart Sandin, en Scripps-forsker, der var medforfatter til papiret og er medstifter af 100 Island Challenge. "Du vil ikke vise det større billede."

Med revmosaikkerne og den præcise nøjagtighed i VisCore, koralforskere kan se på demografiske tegn i et stort område. Den kolonispecifikke karakter af dataene giver mere præcision, og som at spore befolkningstilvæksten i et land, kan vise regionale og nationale tendenser.

"Ved at bruge en kombination af ny teknologi og mere traditionelle tilgange, vores team var i stand til at vise, at revene i Palmyra ikke led samme skæbne som mange andre rev under den seneste globale blegningsbegivenhed, " sagde Jen Smith, en Scripps-forsker og seniorforfatter på papiret, og medstifter af 100 Island Challenge. "På trods af ekstrem opvarmning, koraller var i stand til at komme sig uden at opleve udbredt dødelighed. Disse fund giver bestemt et vigtigt modspil til det generelle fald i revsundhed, der rapporteres globalt. "