This is Science: наблюдая за ростом растений

в 22:52, , рубрики: Matlab, science, Алгоритмы, алгоритмы обработки данных, визуализация данных, визуализация объектов, изображения, микроскопия, наука, обработка изображений, Программирование, Разработка робототехники, роботизированые системы, трекинг объектов

This is Science: наблюдая за ростом растений - 1

Одна из проблем современной биологии – как отследить/запечатлеть объекты, которые постоянно находятся в движении. С этой ж проблемой сталкивается любой родитель, когда пытается сфотографировать маленького ребёнка: то фото размазалось, то поплыл фокус, то не хватает контрастности. Конечно, в биологии существует целый ряд инструментов, как добиться фиксации тех или иных биологических объектов. К примеру, мушек можно «усыпить» холодом, клетки «затормозить» с помощью химических веществ. Но что делать, если эксперимент заключается в наблюдении за ростом корней растения, которые постоянно удлиняются и извиваются. Чтобы получить одну лишь только серию фотографий могут уйти дни и даже недели кропотливой постоянной подстройки микроскопа. На выручку учёным приходят системы распознавания и автоматической коррекции изображения!

За микроскопическими подробностями жизни растений добро пожаловать под кат.

Группа учёных из австрийского института науки и технологий в Вене создала конфокальный микроскоп, который автоматически отслеживает направление роста корней и сдвигает образец, чтобы кончик корня всегда остался в центре кадра. При этом сам микроскоп с помощью лазера может возбуждать флуоресцентный краситель внутри биологических образцов, что повышает контрастность изображения и помогает отследить самые крошечные детали.

This is Science: наблюдая за ростом растений - 2
Схема микроскопа и основные принципы детектирования изображения

Принцип работы довольно прост: два последних полученных изображения обрабатываются, вычисляется направление и скорость роста корней, а микроскоп соответственно подстраивается под эти параметры. Далее происходит послойное сканирование данного отдельного участка для построения карты в 3D. Затем выбирается одно с изображение максимальной интенсивностью в интересующей области (ROI), и проводится усреднение.

This is Science: наблюдая за ростом растений - 3
Цикл работы программы TipTracker в деталях

Авторы статьи также исследовали, как гравитация (если быть более точным, её изменение по отношению к растущим корням) влияет на направление роста корней. Достигается это поворотом всего растения на 90 градусов в специально держателе. Хочется верить, что данные исследования в один прекрасный день прольют свет на то, как правильно выращивать растения в условиях космоса при микрогравитации.

This is Science: наблюдая за ростом растений - 4
Наглядная демонстрация того, как гравитация влияет на направление роста корней растения

А вишенкой на торте данного исследования стало прямое наблюдение за группой клеток, которая находится в движении внутри эмбриона рыбок данио (zebrafish). Последнее отлично продемонстрировано на видео, смонтированном для сайта Science Magazine:

Учёные выложили в открытый доступ созданную программу TipTracker, написанную на MatLab, так что теперь и другие исследовательские группы смогут приобщиться к наблюдения за микромиром растений и не только.

Новостная статья опубликована в Science Magazine, оригинальная статья «Live Tracking Of Moving Samples In Confocal Microscopy For Vertically Grown Plant Roots» доступна на bioRxiv.org для бесплатного скачивания.

PS: Не забудьте подписаться на блог: Вам не сложно – мне приятно! И да, о замеченных в тексте недочётах просьба писать в ЛС.

Автор: Евгений

Источник


* - обязательные к заполнению поля


https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/3.4.1/jquery.min.js