Las colecciones de vertebrados de los museos están disponibles en línea, en 3D

El Museo de Zoología de Vertebrados (MVZ) de la Universidad de California, Berkeley, contiene más de 300.000 especímenes de vertebrados (la mayoría de ellos reptiles y anfibios) conservados en alcohol y escondidos para las generaciones actuales y futuras de científicos que quieran estudiar sus características anatómicas. y diversidad genética.

Una tomografía computarizada en 3D de un ornitorrinco juvenil (MVZ:Mamm:32885) de las colecciones del Museo de Zoología de Vertebrados de UC Berkeley. En MorphoSource, la imagen se puede rotar y ampliar o descargar los datos y enviarlos a una impresora 3D. Ilustración de MorphoSource y MVZ

Ahora, esos especímenes están ganando gradualmente una nueva vida en línea como parte del esfuerzo de 25 museos en todo Estados Unidos para obtener escaneos 3D de tantos grupos de vertebrados como sea posible y ponerlos a disposición del público en general de forma gratuita en una base de datos con capacidad de búsqueda.

A resumen del proyecto de seis años, llamado openVertebrate (oVert), fue publicado en la revista biociencia, ofreciendo una idea de cómo se podrían utilizar los datos para plantear nuevas preguntas científicas y estimular el desarrollo de tecnología innovadora.

Pero los científicos no son los únicos que encuentran útiles las exploraciones. Los artistas han utilizado modelos 3D para crear réplicas realistas de animales, se han exhibido fotografías de especímenes abiertos como exhibiciones en museos y se han incorporado especímenes en cascos de realidad virtual que brindan a los usuarios la oportunidad de interactuar con ellos y manipularlos.

Carol Spencer, curadora de herpetología en el MVZ, tiene una versión impresa en 3D de un espécimen (el cráneo de un lagarto cornudo) sentado en su escritorio. Cualquiera puede acceder a los escaneos 3D en línea en Fuente Morphodescargar los datos y enviarlos a una impresora 3D para producir sus propios modelos esqueléticos.

Los modelos 3D de MorphoSource y una aplicación llamada Sketchfab se pueden utilizar con fines didácticos. Este modelo en color del antebrazo derecho de un ornitorrinco (MVZ:Mamm:32885) identifica los distintos huesos: húmero (1), radio (2), cúbito (3), carpo (4) y metacarpo y falange (5). Crédito de la imagen: Sketchfab y MVZ.

“De hecho, puedes imprimirlos y luego usarlos en el salón de clases. Tenemos mucha gente que los utiliza para enseñar en universidades o escuelas secundarias”, dijo Spencer.

De los aproximadamente 1.000 especímenes de MVZ escaneados durante los últimos seis años a través de oVert, uno: un ornitorrinco australiano juvenil, calítrix — es el segundo más descargado en la base de datos.

“Hemos tenido este ornitorrinco en etanol en un tanque grande, pero nunca lo hemos prestado. Las únicas personas que alguna vez han ido a ver esto son las personas que vienen aquí a nuestra colección; Quizás lo hayan visto dos veces en toda su historia aquí en MVZ. Pero en seis años, se descargó 320 veces”, dijo Spencer. «Esa es una enorme expansión del uso».

Spencer respondió recientemente a una solicitud de un profesor de la Universidad Towson en Maryland para descargar tomografías computarizadas para un curso en el que los estudiantes comparan la anatomía craneal de los vertebrados e imprimen modelos 3D para estudiarlos.

«Todos estos especímenes están ganando una especie de nueva vida digital», dijo Michelle Koo, curador de informática de biodiversidad del MVZ. “Se recolectan especímenes todo el tiempo y los museos tienen que justificar la extracción de un animal de su hábitat natural y asegurarse de que tenga el mayor valor posible para la investigación actual y futura. Es parte de nuestra responsabilidad como curadores buscar y ayudar a seguir desarrollando estos nuevos usos y formas de acceder a los especímenes para asegurarnos de que sigan siendo relevantes y útiles para estas nuevas herramientas de vanguardia”.

Una nueva vida digital

Entre 2017 y 2023, los miembros del proyecto oVert dirigidos por David Blackburn en el Museo de Historia Natural de Florida capturaron tomografías computarizadas de más de 13.000 especímenes con especies representativas de todo el árbol de la vida de los vertebrados. Estos escaneos incluyeron más de la mitad de los géneros de todos los anfibios, reptiles, peces y mamíferos. Los escáneres de tomografía computarizada utilizan rayos X de alta energía para mirar más allá del exterior de un organismo y ver la densa estructura ósea que se encuentra debajo. Si bien los esqueletos constituyen la mayoría de las reconstrucciones abiertas, una pequeña cantidad de muestras también se tiñeron con una solución temporal que mejora el contraste que permitió a los investigadores visualizar tejidos blandos, como piel, músculos y otros órganos.

Los modelos ofrecen una mirada íntima a las porciones internas de una muestra que antes sólo podían observarse mediante disección destructiva y muestreo de tejido, señaló Blackburn.

«Los museos están constantemente comprometidos en un acto de equilibrio», afirmó. “Quieres proteger los especímenes, pero también quieres que la gente los utilice. oVert es una forma de reducir el desgaste de las muestras y al mismo tiempo aumentar el acceso, y es el siguiente paso lógico en la misión de las colecciones de los museos”.

Debido a que las tomografías computarizadas producen una serie de cortes a través de la muestra, la mayoría de las imágenes en MorphoSource son secciones transversales que deben ensamblarse en una representación 3D que se puede girar y manipular en un visor 3D. Pero el software que hace esto está disponible fácilmente, dijo Koo. Las tomografías computarizadas se parecen a lo que ella reunió laboriosamente como estudiante de posgrado en UC Berkeley en la década de 1990, cuando estudiaba los cráneos únicos de un pequeño grupo de salamandras. Luego, cortó los cuerpos en secciones delgadas para estudiar la anatomía interna, pero no tenía la capacidad de ensamblarlos en una imagen en 3D que la gente pudiera apreciar fácilmente.

«Hoy en día, es posible que todavía tenga que hacer histología, pero ahora que tenemos una representación digital, puedo enviarles una imagen», dijo Koo. «Es lo mismo que vi cuando miraba bajo el microscopio y trataba de explicárselo a la gente».

Aunque la financiación para oVert de la Fundación Nacional de Ciencias ha terminado, muchos museos continúan escaneando sus colecciones, a menudo centrándose en grupos específicos. Spencer señaló que MVZ tiene más de 800.000 muestras, encurtidas en alcohol o secas, que podrían escanearse y ponerse a disposición en línea.

Inicialmente, UC Berkeley no tenía uno de los escáneres micro-CT utilizados por el grupo oVert, por lo que MVZ envió muestras a otras instituciones para su escaneo. Desde entonces, el profesor de biología integrativa Jack Tseng adquirió uno para proyectos, como el estudio de cráneos de peces y mamíferos, dentro de su departamento.

Spencer envía periódicamente muestras de MVZ a otras instituciones donde los estudios en curso requieren una exploración. Ella y Koo continúan el trabajo de escaneo iniciado por oVert en colaboración con la Universidad de Colorado en Boulder, por ejemplo, que lidera un proyecto para escanear por tomografía computarizada y obtener imágenes 2D de alta resolución de 1.100 especies de reptiles y anfibios centroamericanos. Unas 80 tortugas de la MVZ están siendo escaneadas por el Museo de Zoología de la Universidad de Michigan, mientras que algunos de los lagartos sin patas y salamandras de las cavernas del museo están siendo escaneados en otras instituciones para estudiar su evolución. El director de MVZ, Michael Nachman, escanea ratones mediante tomografía computarizada para estudiar la conexión entre la longitud de la cola y la adaptación al calor, y el papel que desempeñan los genes maternos en esta adaptación.

“El objetivo de oVert era intentar obtener uno de cada género de vertebrados. Pero entonces no existe toda esta variabilidad dentro de las especies”, dijo Spencer. “Y realmente lo que necesitamos son enormes conjuntos de datos de múltiples animales por especie. Y la única manera de lograrlo es si convencemos a todos de que hagan públicos sus datos a través de sitios como MorphoSource. Entonces, cuando envío muestras por correo a alguien y luego le hacen tomografías computarizadas, le pido que las coloque, cuando termine su investigación, en MorphoSource para que otras personas puedan usarlas”.

oVert fue financiado con una suma inicial de 2,5 millones de dólares de la Fundación Nacional de Ciencias, junto con ocho subvenciones de asociación adicionales por un total de 1,1 millones de dólares que se utilizaron para ampliar el alcance del proyecto.

Fuente: UC Berkeley