Исследование трехмерной структуры цветков
Для лучшего понимания эволюции цветков исследовательская группа биологов из Университета Монреаля, Монреальского ботанического сада и Университета Макгилла успешно применила фотограмметрию для быстрого и точного построения трехмерной модели цветка из двумерных изображений.
Фотограмметрия обычно используется географами для реконструкции топографии ландшафта. Однако впервые ученые применили этот метод для создания 3D-моделей цветков с целью их изучения.
Результаты их эксперимента были опубликованы в октябре в журнале New Phytologist.
Фотограмметрия — это подход, основанный на информации, собранной с многочисленных фотографий, сделанных со всех ракурсов. Благодаря триангуляции общих точек, присутствующих на фотографиях, можно реконструировать 3D-модель — в данном случае цветка. Цвета затем наносятся на 3D-цветок с использованием информации с фотографий.
Привлечение опылителей формой и цветом
Цветки — это сложные и чрезвычайно разнообразные трехмерные структуры. Характеристика их форм важна для понимания их развития, функционирования и эволюции. Действительно, 91% цветковых растений взаимодействуют с опылителями для обеспечения своего размножения в трехмерной среде. Морфология и окраска цветков действуют как магниты на опылителей, чтобы привлечь их. Тем не менее, 3D-структура цветков редко изучается.
Использование фотограмметрии имеет реальные преимущества по сравнению с другими существующими методами, в частности с рентгеновской микротомографией, которая является наиболее широко используемым методом построения 3D-моделей цветков.
«Фотограмметрия гораздо доступнее, поскольку она дешевая, требует мало специализированного оборудования и может использоваться даже непосредственно в природе», — говорит Марион Леменажер, докторант биологических наук в Университете Монреаля и ведущий автор исследования. «Кроме того, фотограмметрия имеет преимущество воспроизведения цветов цветков, что невозможно с методами, использующими рентгеновские лучи».
Идею применить фотограмметрию к цветкам первым предложил Дэниел Шен, профессор биологии Университета Макгилла, во время исследований в Институте исследований в области растительной биологии. Первые результаты, хотя и несовершенные, убедили Леменажер посвятить этому одну из глав своей диссертации.
«Метод не идеален, — говорит она. — Некоторые части цветков остаются трудными для реконструкции в 3D, например, отражающие, полупрозрачные или очень опушенные поверхности».
Ответы на вопросы об эволюции цветков
«Тем не менее, — добавляет профессор биологии Университета Монреаля Симон Жоли, — благодаря живым коллекциям Монреальского ботанического сада, изучение растений семейства Геснериевые — растений, происходящих из субтропических и тропических регионов, из которых африканская фиалка является одним из самых известных представителей — демонстрирует, что 3D-модели, созданные с помощью этой техники, позволяют исследовать множество вопросов об эволюции формы и цвета цветков.
«Мы также показали, что фотограмметрия работает как минимум так же хорошо, как и рентгеновские методы, для видимых структур цветка», — говорит Жоли, который проводит исследования в Ботаническом саду.
Исследователи полагают, что фотограмметрия имеет потенциал для стимулирования исследований эволюции и экологии цветков, предоставляя простой способ доступа к трехмерным морфологическим данным. Базы данных цветков — или даже целых растений — могли бы дать ученым и широкой публике возможность увидеть уникальные особенности видов растений, которые пока остаются скрытыми.
Для продвижения использования этого метода в контексте сравнительного изучения морфологии цветков был опубликован подробный протокол с открытым доступом. Цель свободного доступа к подобным коллекциям естественных наук — помочь стимулировать изучение эволюции морфологии цветков на больших таксономических, временных и географических масштабах.
Также можно рассмотреть модели цветков со всех сторон благодаря средству просмотра 3D-моделей.