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Biologia das Comunicações, volume 5, número do artigo: 1318 (2022) Citar este artigo

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Apresentamos um sistema de imagem econômico com hardware e software integrados para capturar imagens multiespectrais de Lepidoptera com alta eficiência. Este método facilita a comparação de cores e formas entre espécies em escalas taxonômicas finas e amplas e pode ser adaptado para outras ordens de insetos com maior tridimensionalidade. Nosso sistema pode gerar imagens dos lados dorsal e ventral de espécimes fixados. Juntamente com nosso pipeline de processamento, os dados descritivos podem ser usados ​​para investigar sistematicamente cores e formas multiespectrais com base na reconstrução de asa completa e em um plano básico universalmente aplicável que quantifica objetivamente padrões de asas para espécies com diferentes formatos de asas (incluindo caudas) e sistemas de venação. Medições morfológicas básicas, como comprimento do corpo, largura do tórax e tamanho da antena, são geradas automaticamente. Este sistema pode aumentar exponencialmente a quantidade e a qualidade dos dados de características extraídos de espécimes de museu.

Nanoestruturas em cutículas de insetos inspiraram muitos novos projetos de engenharia1,2,3,4,5. Como se sabe que os insetos são capazes de perceber comprimentos de onda além do espectro visível, dados importantes podem ser perdidos, a menos que os sistemas de imagem usados ​​para examinar as cutículas dos insetos sejam capazes de detectar uma gama completa de comprimentos de onda eletromagnéticos potencialmente relevantes. Os estudos atuais sobre a cor das asas dos lepidópteros (borboletas e mariposas) (que neste artigo usamos como uma abreviatura para refletância, agnóstico de qualquer sistema visual) e formato são frequentemente limitados a menos de 100 espécimes3,6 devido ao uso intensivo de tempo de espécimes únicos. procedimentos baseados7,8,9, como a necessidade de separar as asas dos espécimes2,4,10 ou organizar e visualizar espécimes individuais com seus rótulos. Projetar sistemas que acomodem a diversidade de formatos de asas9,11 também apresentou um sério desafio.

Os Lepidoptera fornecem um alvo de imagem ideal, uma vez que a natureza bidimensional dos espécimes fixados da maioria das borboletas e de muitas mariposas os torna mais tratáveis ​​para análise. São necessários métodos adequados que possam processar imagens multiespectrais de lepidópteros de forma objetiva, sistemática e eficiente. Os principais desafios são duplos: (1) desenvolvimento de um sistema de imagem de alto rendimento e (2) identificação de uma planta ou arquétipo universalmente aplicável que possa ser generalizado para capturar características de asas entre famílias.

Convencionalmente, as propriedades multiespectrais da superfície de um objeto podem ser medidas de duas maneiras12,13,14,15. Um espectrofotômetro hiperespectral fornece alta resolução espectral (~0,1 nm) para um único ponto, enquanto a imagem multiespectral pode criar rapidamente imagens bidimensionais com alta resolução espacial com algum custo para a resolução espectral, dividindo o espectro em múltiplas bandas de comprimento de onda de ~100–200 nm cada (doravante denominadas “bandas”) e realizar medições semelhantes a fotos em uma grande área usando uma câmera. Alguns sistemas de imagem de última geração têm resolução espectral 10-20 vezes mais precisa (~5-10 nm), mas custam 70 vezes mais que o nosso aparelho (~$350.000). No sensoriamento remoto, os satélites usam imagens multiespectrais para coletar dados de forma eficiente em grandes áreas em todo o mundo (por exemplo, radiômetro avançado de resolução muito alta [AVHRR] e espectrorradiômetro de imagem de resolução moderada [MODIS]). Da mesma forma, câmeras multiespectrais comerciais podem fornecer medições multiespectrais objetivas em superfícies bidimensionais, mas aquelas equipadas com alta resolução espacial são proibitivamente caras para a maioria dos laboratórios individuais ou coleções de museus e têm eficiência de imagem relativamente lenta, complicando seu uso em imagens de espécimes de alto rendimento. Portanto, desenvolvemos um sistema de imagem escalonável e de alto rendimento baseado em uma câmera DSLR de consumidor modificada que pode acomodar uma gaveta de espécimes de museu estilo Cornell (450 × 390 × 67 mm) e é capaz de coletar dados multiespectrais de um grande número de espécimes biológicos de uma só vez. .