«Открытые позвоночные»

На этом снимке, выполненном при помощи компьютерной томографии, запечатлены две последние трапезы широконосой восточной змеи (Heterodon platyrhinos) — она последовательно проглотила саламандру и жабу. Это трехмерная модель, она сделана в рамках масштабного проекта oVert (openVertebrate, что значит «открытые позвоночные»), призванного перенести экспонаты с музейных полок в интернет, — и не просто сфотографировать, а отснять при помощи компьютерной томографии 20 000 позвоночных животных из различных групп и получить трехмерные модели не только их внешнего вида, но и внутреннего строения, и даже отдельных систем органов. Чтобы воплотить эту идею, Национальный научный фонд США (NSF) выделил грант в 2,5 млн долларов. Официально проект запущен 1 сентября, он затронет коллекции 16 музеев.

Исследователи сравнивают напечатанную 3D-модель лягушки со сканом КТ. Фото с сайта floridamuseum.ufl.edu

Компьютерная томография не вредит экспонатам, ее с успехом применяют, например, для сканирования древних мумий, ну и, разумеется, в медицине. При этой технологии образец бомбардируют рентгеновскими лучами под разными углами, создавая тысячи снимков, которые компьютер собирает в подробное трехмерное изображение. Это изображение можно виртуально рассечь слой за слоем, чтобы обнажить срезы образца под разными углами и изучить внутреннюю структуру. Таким образом исследователи могут рассмотреть образец снаружи и изнутри — его скелет, мышцы, внутренние органы, паразитов и даже содержимое желудка. И все это не прибегая к помощи скальпеля!

Благодаря компьютерной томографии и трехмерной графике выцветшая тушка жабы становится источником красочных, наглядных, а главное — подробных и реалистичных 3D-моделей. Изображение © Ed Stanley с сайта floridamuseum.ufl.edu

Огромная библиотека 3D-моделей будет доступна всем желающим в базе данных MorphoSource (там уже есть много всего интересного). Вот, например, 3D-модель гигантского поясохвоста (Smaug giganteus):

Предполагается, что проект сделает доступными для всех желающих модели 80% существующих родов животных. Школьники заглянут внутрь змеи и увидят, что она съела на обед, ветеринары получат возможность спланировать сложные операции на редких животных, исследователи смогут в подробностях изучить кровеносную систему вымершего странствующего голубя и провести множество работ по сравнительной анатомии и эволюции, студенты — распечатать 3D-модели черепов различных лягушек и сравнить их между собой.

Модели из MorphoSource можно распечатать на 3D-принтере. Например, череп этого гигантского поясохвоста (Smaug giganteus) отсканировали, распечатали и получили отличную учебную реплику: слева — музейный экспонат, справа вверху — электронная 3D-модель, справа внизу — отпечатанная реплика. Изображение с сайта floridamuseum.ufl.edu

В последние десятилетия наши знания о структуре, функционировании и эволюции отдельных генов и геномов сильно определили представления феномики — науки о том, как гены взаимодействуют с окружающей средой чтобы создавать физические черты, или фенотипы. Без понимания феномики сложно реконструировать, как развивались те или иные черты. Сейчас морфологические исследования часто ведут, рассекая скальпелем слой за слоем ткани животных в формалине, пытаясь понять таким образом взаимодействия этих тканей, делают зарисовки и строят модели. Создание огромной общедоступной базы данных различных фенотипов животных существенно упростит работу морфологов и поможет сократить огромный пробел между функциональной генетикой и феномикой. Чтобы предоставить максимальную информацию об образцах, участники проекта отберут и отсканируют «супер-образцы» — виды, которые находятся в хорошем состоянии и имеют информацию о том, где, когда и кем они были собраны, а в идеале — и генетическую информацию.

Цифровые трехмерные модели разных позвоночных, слева направо вверху: скелет рыбы Thoracocharax stellatus, хвостатой лягушки Ascaphus truei, черепа калимантанского безухого варана Lanthanotus borneensis и угря Saurenchelys cognita, внизу: скелет рыбы Monacanthus ciliatus, жесткие колючие чешуйки поясохвоста Smaug barbertonensis. Изображения © Ed Stanley с сайта floridamuseum.ufl.edu

Вообще, оцифровывание музейных коллекций в последнее время идет повально во всех странах. Россия тоже старается не отставать: МГУ усердно трудится над национальным банком-депозитарием живых систем — в этому году мы уже рассказывали об их оцифрованном гербарии.

Изображение с сайта floridamuseum.ufl.edu.

Вероника Самоцкая