Гиперспектральная съёмка раскрывает красочное оперение птиц
Эволюционные биологи из Принстонского университета использовали гиперспектральную съёмку — современный инструмент, измеряющий детальную спектральную информацию в каждом пикселе изображения, — для исследования окраски оперения птиц.
Суть метода
- Гиперспектральная съёмка разделяет световой спектр на серию узких полос, соответствующих небольшому диапазону длин волн.
- Для каждой полосы делается снимок, что создаёт "куб данных" — набор изображений, содержащий как пространственную, так и спектральную информацию.
- Каждый пиксель в таком кубе содержит детальные данные о длинах волн отражённого света.
"Гиперспектральная съёмка предлагает лучшее из двух миров, — объяснила старший автор исследования, профессор Мэри Кэсуэлл Стоддард. — Исследователи могут за считанные минуты получить полные данные об отражательной способности всего образца".
Техническая реализация
Учёные использовали коммерческую камеру, чувствительную к длинам волн от 325 до 700 нанометров, что в основном соответствует спектру, видимому птицам (300–700 нм), включая ультрафиолетовый диапазон (300–400 нм). Многие птицы имеют перья, отражающие ультрафиолетовый свет.
"Используя гиперспектральную съёмку, мы можем легко получать детальные ультрафиолетовые изображения, иногда открывая целые участки ультрафиолетового цвета, невидимые для человека", — отметила Стоддард.
Исследование райских птиц
Для демонстрации возможностей метода учёные сосредоточились на райских птицах. Ключевым объектом стал редкий гибрид — Король Голландской райской птицы. В мире известно лишь около 25 музейных образцов этого гибрида, помеси Королевской и Великолепной райских птиц.
Проанализировав гиперспектральные данные образцов из Американского музея естественной истории (AMNH), исследователи смогли количественно оценить, насколько окраска гибрида действительно является промежуточной — точной смесью цветов родительских видов.
"Мы с удивлением обнаружили, что для нескольких участков оперения — даже тех, что окрашены очень специфическими микро- и наноструктурами, — цвет гибрида действительно напоминает смесь родительских фенотипов", — сказал ведущий автор исследования доктор Бен Хоган.
Интеграция с 3D-моделированием
Исследователи также объединили гиперспектральную съёмку с фотограмметрией — техникой, которая "сшивает" сотни обычных изображений, сделанных под разными углами, для создания виртуальных 3D-моделей образцов птиц. Эти модели ценны, так как показывают, как форма тела и морфология животного взаимодействуют с его окраской.
Перспективы
Метод станет мощным инструментом для изучения камуфляжа, предупреждающей окраски, мимикрии и брачных демонстраций у птиц и других животных. Он идеально подходит для исследования других красочных групп, таких как бабочки и жуки.
"Мы полагаем, что гиперспектральная съёмка в сочетании с 3D-моделированием может стать новым 'золотым стандартом' для многих исследований окраски животных, особенно тех, что основаны на музейных коллекциях", — сказала Стоддард.
Исследование опубликовано в журнале PLOS Biology.