您所在的位置:CVH首页  >>  业内动态
莫里斯植物园牵头大西洋中部地区植物标本的数字化信息建设
发布日期:2018-07-03    来源:国家标本平台      点击次数:67

文章来源:宾夕法尼亚州立大学

译文:张德纯/NSII办公室

在国家科学基金会(NFS)的支持下,莫里斯植物园的植物学家正在组织大西洋中部地区植物标本的数字化信息建设。

1-Skema specimens 2018.jpg

在宾夕法尼亚州莫里斯植物园的带领下,致力使数以百万计的植物标本数字化,将为植物学家解释植物在都市化进程中的遇到的问题提供数据支撑。(图片:莫里斯植物园)

都市圈通常是指人口密度大和城市发达的地区,包括华盛顿、巴尔的摩、费城和纽约,是人类活动的主导区域。这些大西洋中部的城市影响着各式生物,包括植物。

如何记录和调查这些影响?宾夕法尼亚大学莫里斯植物园正在为此努力。大西洋中部大都市圈(MAM) 项目由美国国家科学基金会(NSF)资助,将对收集至马里兰州、宾夕法尼亚、特拉华、新泽西和纽约五个州以及华盛顿的约80万份植物标本进行数字化。

最终该项目将落实建成一个数字植物标本馆——一个现代化的、可访问的数据库,包含了在过去的400年中采集植物的信息,包括超高分辨率的标本图像以及大量的信息元数据。

莫里斯植物园植物学家、MAM的首席调查员Cynthia Skema说,“标本信息和标本实体一样重要,这包括采集人、采集地点、采集时间以及其他一些信息等“。

2.jpg

莫里斯植物园植物学家、大西洋中部大都市圈项目负责人Cynthia Skema(cks28@cornell.edu)。(图片:莫里斯植物园)

通过“大数据”研究,这些数据可能揭示城市化进程中,植物群落随时间的变化。哪些物种在土壤中的茁壮成长过程因城市发展被打断?哪一种能容忍污染?哪些在城市 “热岛效应”生存下来,而哪些又消亡?MAM团队希望有一天能通过这个数字标本馆去解决这些问题。

现代手段

传统意义上的“植物标本馆”是植物的实体收藏,包括采集和按流程加工制作标本。先压制,然后缝合或粘在无酸的11*18英寸纸上。 “这就是一个干燥、毫无生气的植物标本馆。” Skema说。

世界各地的博物馆、大学和机构都有这样的藏品,但从逻辑意义上说要在科学研究中真正使用这些藏品却很难。以前,只有通过亲自到标本收藏地或装运样品贷款(shipped specimen on load)才能看到,成本都非常高。

Skema说,她希望通过数字化项目,能给这些藏品注入新的生命。在2013年成为莫里斯植物园一员后,她就立志要将莫里斯植物园的标本带入了二十一世纪。在得知NSF会支持自然历史藏品数字化的消息后,她开始联络其他大学和机构,联合申请这些基金,即主题集合网络(Thematic Collections Networks,TCN)。现有的TCN拨款已经覆盖了大西洋东北和东南部,因此,在大西洋中部地区设立一个基金“一点也不费事”,城市研究的主题是从那里开始的。“我们是东海岸唯一的大城市;它规模巨大,具有历史意义,在这个国家的其他任何地方都比不上它。”

最初的MAM项目包括11个机构,他们代表大西洋中部各州,目标是数字化70万份标本。与宾夕法尼亚州立大学 的合作使目标总数增加到了近80万份样本,另一个与匹兹堡卡内基自然历史博物馆的合作还在洽谈中。德雷塞尔大学自然科学院纽约植物园拥有该项目最大的馆藏,分别约为27万和20万份,但规模较小的馆藏也很重要。

从某种程度上讲,标本馆数字化是很简单的。志愿者和工作人员用高分辨率照相机拍摄每个标本,捕捉每一个植物标本的细节。然后他们将元数据从图像转录到数据库即可。而对于年代久远的标本,这可能需破译数百年前的手写笔记中关于植物被发现的时间和地点的古怪之处。

3.jpg

莫里斯植物园标本馆数字化项目协调员Anne Barber(图像:莫里斯植物园)

但是,处理记录中最慢的部分,尤其是较旧的记录,是地理配准。根据现有的位置信息估计标本采集地点的坐标。在现代植物学采集中,手持GPS单元可精确地现场记录经纬度坐标。但即使是最近收集的,也不是每个标本都有相关的GPS坐标历史上采集的标本当然没有。在这些情况下,研究人员必须根据已有信息来细化坐标,并考虑到采集人提供的地名和距离。

“这是这项工作中的繁重部分,”Skema说。

通过获取高分辨率的标本照片和整理元数据信息等进而建设有序的数据库,从而解决各种未决的问题,这是驱使Skema和同行们最重视标本收集的原因。例如,新英格兰维管束植物网络——NSF资助的美国东北部的TCN。这个项目专注于物候学,研究自然事件的时间——这是受气候变化影响的生物多样性的一个方面。每一个标本的处理都涉及到植物进入哪个阶段。如果研究人员总是看到植物在春天开花一年比一年早的话,那就能深入理解气候是如何影响该物种的物候了。

Skema希望通过MAM项目数字化所有大西洋中部的植物标本,这将有助于研究人员解决有关城市化影响的问题。

“在城市里,这些影响物种的分布的原因已为人所知。” 她说,“由于城市的温度更高,热岛效应众所周知。还有栖息地的破坏和碎片化,也包括土壤扰动和土壤污染等其他因素。”

还有只在城市地区出现的问题包括水管理体制的改变、授粉的变化以及通过各种渠道入侵的非本土植物物种。虽然数十年以来,研究人员一直在从事城市化问题对物种的影响,一个强大的数据库支撑将大大提高这些研究的分量和价值。

“很难把数据集中在一起,”Skema说,“但是一旦你建成了它,它就很强大。”

建立联系

除了有益于科学研究之外,MAM的一个推广部分是帮助城市居民与周围的自然保持更密切的联系。MAM本身不仅纳入了市民科学家的工作——志愿者可以协助转录或为数据门户上传观测记录,而且可以与正在参与研究的科学家讨论该项目的目标。

Skema说:“人们对自然界的无知令人惊讶,在城市中的人们,这种与自然的脱节更加普遍。”

为了消除这种脱节,Skema等组织讲座和培训,撰写文章,并开发了一个网站(mamdigitization.org),用来介绍MAM项目以及如何参与等。例如,费城克雷费尔德学校高中生通过这个项目第一次听说了植物标本馆。“ ‘你说他们就像一堆枯死的植物是什么意思?’他们问”, Skema说。

MAM项目中一个嵌入元素是将历史上的两所黑人大学——霍华德大学和特拉华州立大学,列入到计划之中。Skema说:“对此我们感到非常兴奋,因为觉得我们现在确实是代表都市圈了,至少这些州的多样性也在我们的资助中。”

大约在项目三年资助期的一半时间里,研究人员开始看到这个项目的发展趋势和模式的曙光,而这些曙光可能会成为未来的研究项目。Skema强调,数字标本可以增加藏品的使用价值,但它绝不会削弱实物标本本身的价值。这些样本提供了大量其他数据,为研究问题开辟了许多其他途径。例如,科学家可以对样本进行化学分析,以寻找污染物水平,作为某些地区在特定时间内空气或土壤污染的代表。作为一名分子生物学家的Skema则对分子工具可以用来研究历史标本的方法感兴趣,例如从博物馆标本中提取DNA,可以了解植物是如何在遗传水平上进化的。

“这些藏品是无价的,”Skema说。“这项工作的一部分是使人们——生态学家、开发商、城市规划者、公众等相信自然历史收藏对于了解我们的世界重要性。”

Cynthia Skema是宾夕法尼亚大学莫里斯植物园的植物学家。

4.jpg

用高分辨率相机拍摄的图像可以为植物学家研究提供植物标本的细节。(图片:莫里斯植物园)

由于译者水平有限,如有错漏和不妥之处还请大家指正,nsii@ibcas.ac.cn。




原文地址:http://www.nsii.org.cn/2017/wikilet.php?w=GlobalNews_201803
[ 编辑/韩国霞 ]
2018/7/3 17:47:41
我有话说
CVH © 2004~2015 中国科学院植物研究所 京ICP备16067583号