Vaizdų skenavimo ir analizavimo sistemos zooscan pritaikymas Baltijos jūros rytų Gotlando baseino zooplanktonui tirti
Čepulis, Matas |
Zooplanktonas atlieka svarbų vaidmenį mitybos tinkluose, perduodant maisto medžiagas ir energiją iš žemesnio trofinio lygmens (fitoplanktono) į aukštesnius trofinius lygius (žuvis). Vienas pagrindinių iki šiol plačiai naudojamų zooplanktono tyrimo metodų – mikroskopija. Tobulėjant technologijoms, stengiamasi pritaikyti naujus automatizuotus metodus zooplanktono tyrimams. Vienas jų - ZooScan vaizdų skenavimo ir analizavimo sistema, taikomas zooplanktono organizmų analizei, kurių dydis siekia 300–5000 μm, o rūšių identifikavimas vykdomas automatiškai, pasitelkiant dirbtinio intelekto algoritmus. Tad magistrinio darbo tikslas – pritaikyti vaizdų skanavimo ir analizavimo sistemą ZooScan Baltijos jūros rytų Gotlando baseino zooplanktono kiekybinėms ir kokybinėms charakteristikoms tirti. Zooplanktono tyrimams, mėginiai buvo surinkti iš dviejų ekspedicijų, vykusių 2016 m. rugpjūčio mėn. 23-25 d. ir 2024 m. rugpjūčio mėn. 28-29 d., įgyvendinant LMT „RETRO“ ir EU HORIZON „Marbefes“ projektus. Zooplanktono gausumo, bendrijos rūšinės sudėties ir organizmo dydžių įvertinimas buvo atliekamas lyginant du metodus: ZooScan sistemą ir mikroskopiją, bei ImageJ programą. Standartinis ZooScan sistemos protokolas, kuris taikomas Viduržemio, Šiaurės jūrose buvo sėkmingai pritaikytas analizuoti Baltijos jūros zooplankto mėginius. Tyrimo rezultatai parodė, kad ZooScan sistema, leidžia patikimai identifikuoti zooplanktono rūšis ir aukštesniuosius taksonus, pasiekiant panašią taksonominę rezoliuciją kaip ir taikant mikroskopinį metodą. Koreliacijos ir tiesinės regresijos rezultatai rodo, jog zooplantono rūšių/aukštesniųjų taksonų: Bosmina coregoni, Temora longicornis, Eurytemora affinis ir Acartia spp. gausumas nusatytas ZooScan sistema statistiškai reikšmingai koreliuoja su mikroskopijos rezultatais. ZooScan sistema generuojamas automatinis „Object major“ dydis dominuojančių zooplaktono rūšių atvejais puikiai atitinka rankiniu būdu išmatuotus organizmų bendrus ilgius ir gali būti naudojamas kaip organizmų dydžio matas, kuris vėliau gali būti naudojamas perskaičiuoti zooplanktono biomasę.
Zooplankton are a key component of aquatic ecosystems. One of the main widely used methods for analysing zooplankton is microscopy. However, as technology advances, efforts are being made to automate existing methods and routine work in laboratories. ZooScan image scanning and analysis system, which is a human-neutral method used for the analysis of dead zooplankton organisms. The ZooScan system analyses zooplankton organisms between 300 and 5000 μm in size and identifies zooplankton species by artificial intelligence. Therefore, the aim of the final master thesis is to apply the image scanning and analysis system ZooScan to analyse the quantitative and qualitative characteristics of zooplankton in the East Gotland basin. Zooplankton samples were collected from two expeditions carried out on 23-25 August 2016 and 28-29 August 2024 within the framework of the LMT RETRO and the EU HORIZON Marbefes projects. Zooplankton abundance, community species composition and organism sizes were estimated by comparing two methods: the ZooScan system and microscopy. For the identification of zooplankton species/higher taxa in the eastern Baltic Sea, a library LearningBaltic was created, consisting of 20 zooplankton species/higher taxa categories. A linear correlation analysis between microscopy and ZooScan methods, revealed strong and statistically significant relationships in obtained total zooplankton abundance and identified species/higher taxa. A linear correlation analysis between the measured total length of the organism in ImageJ and the automated ZooProcess "Object.major" showed strong and statistically significant relationships (rp = 0,73 – 0,99, p< 0,001), for all species/taxa studied.