Las cámaras que capturan las frágiles medusas de las profundidades marinas en su elemento

En una expedición con el Schmidt Ocean Institute frente a la costa de San Diego en agosto de 2021, MBARI envió el par de herramientas, junto con un aparato de muestreo de ADN especializado, a cientos de metros de profundidad para explorar las aguas intermedias. Los investigadores usaron las cámaras para escanear al menos dos criaturas sin nombre, un nuevo ctenóforo y un sifonóforo.

Los escaneos exitosos fortalecen el caso de los holotipos virtuales: especímenes digitales, en lugar de físicos, que pueden servir como base para una definición de especie cuando la recolección no es posible. Históricamente, el holotipo de una especie ha sido un espécimen físico meticulosamente capturado, preservado y catalogado: un rape flotando en un frasco de formaldehído, un helecho prensado en un libro victoriano o un escarabajo clavado en la pared de un museo de historia natural. Los futuros investigadores pueden aprender de estos y compararlos con otros especímenes.

Los defensores dicen que los holotipos virtuales como los modelos 3D son nuestra mejor oportunidad para documentar la diversidad de la vida marina, parte de la cual está al borde de perderse para siempre. Sin una descripción de la especie, los científicos no pueden monitorear las poblaciones, identificar peligros potenciales o impulsar medidas de conservación.

“El océano está cambiando rápidamente: aumento de la temperatura, disminución del oxígeno, acidificación”, dice allen collins, un experto en medusas con nombramientos dobles en la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica y el Museo Nacional Smithsonian de Historia Natural. “Todavía hay cientos de miles, quizás incluso millones, de especies por nombrar, y no podemos darnos el lujo de esperar”.

Gelatina en cuatro dimensiones

Los científicos marinos que investigan las criaturas gelatinosas de aguas medias tienen historias de terror sobre cómo desaparecen especies potencialmente nuevas ante sus ojos. Collins recuerda haber intentado fotografiar ctenóforos en el laboratorio húmedo de un barco de investigación de la NOAA frente a la costa de Florida: “En unos pocos minutos, debido a la temperatura, la luz o la presión, comenzaron a desmoronarse”, dice. “Sus partes comenzaron a salirse. Fue una experiencia horrible”.

Kakani Katija, un bioingeniero de MBARI y la fuerza impulsora detrás de DeepPIV y EyeRIS, no se propuso resolver el dolor de cabeza del colector de aguas intermedias. “DeepPIV fue desarrollado para observar la física de fluidos”, explica. A principios de la década de 2010, Katija y su equipo estaban estudiando cómo se alimentan por filtración las esponjas marinas y buscaba una forma de rastrear el movimiento del agua mediante el registro de las posiciones tridimensionales de las partículas diminutas suspendidas en ella.

Más tarde se dieron cuenta de que el sistema también podría usarse para escanear de forma no invasiva animales gelatinosos. Usando un potente láser montado en un vehículo operado a distancia, DeepPIV ilumina una sección transversal del cuerpo de la criatura a la vez. “Lo que obtenemos es un video, y cada cuadro de video termina como una de las imágenes de nuestra pila”, dice joost daniels, un ingeniero en el laboratorio de Katija que está trabajando para refinar DeepPIV. “Y una vez que tienes una pila de imágenes, no es muy diferente de cómo la gente analizaría las tomografías computarizadas o las resonancias magnéticas”.

En última instancia, DeepPIV produce un modelo 3D fijo, pero los biólogos marinos estaban ansiosos por observar las criaturas de aguas medias en movimiento. Así que Katija, el ingeniero de MBARI Paul Roberts y otros miembros del equipo crearon un sistema de cámara de campo de luz denominado EyeRIS que detecta no solo la intensidad sino también la direccionalidad precisa de la luz en una escena. Un conjunto de microlentes entre la lente de la cámara y el sensor de imagen divide el campo en múltiples vistas, como la visión de varias partes de una mosca doméstica.

Las imágenes sin procesar y sin procesar de EyeRIS se parecen a lo que sucede cuando se quita las gafas 3D durante una película: varias versiones compensadas del mismo objeto. Pero una vez ordenados por profundidad, las imágenes se resuelven en videos tridimensionales delicadamente representados, lo que permite a los investigadores observar comportamientos y movimientos de locomotoras a escala fina (las medusas son expertas en propulsión a chorro).

¿Qué vale una imagen?

A lo largo de las décadas, los investigadores han intentado ocasionalmente describir nuevas especies sin un holotipo tradicional en la mano: un Mosca abeja sudafricana usando solo fotos de alta definición, una búho críptico con fotos y grabaciones de llamadas. Hacerlo puede provocar la ira de algunos científicos: en 2016, por ejemplo, cientos de investigadores firmó una carta defendiendo la santidad del holotipo tradicional.

Pero en 2017, la Comisión Internacional de Nomenclatura Zoológica, el organismo rector que publica el código que dicta cómo se deben describir las especies, emitió una aclaración de sus reglas, afirmando que las nuevas especies se pueden caracterizar sin un holotipo físico en los casos en que la recolección no es factible.

En 2020, un equipo de científicos, incluido Collins, describió un nuevo género y especie de ctenóforo basado en un video de alta definición. (Duobrachium chispas, como fue bautizado, parece algo así como un pavo translúcido de Acción de Gracias con serpentinas saliendo de sus muslos.) En particular, no hubo quejas de la galería de cacahuetes taxónomos, una victoria para los defensores de los holotipos digitales.

Collins dice que las técnicas de visualización del equipo MBARI solo fortalecen el caso de los holotipos digitales, porque se aproximan más a los estudios anatómicos detallados que los científicos realizan en especímenes físicos.

Un movimiento paralelo para digitalizar holotipos físicos existentes también está cobrando impulso. karen osborn es un investigador de invertebrados de aguas medias y curador de anélidos y peracaridos—animales mucho más sustanciales y fáciles de coleccionar que las medusas de aguas medias— en el Museo Nacional Smithsonian de Historia Natural. Osborn dice que la pandemia ha subrayado la utilidad de los holotipos digitales de alta fidelidad. Innumerables expediciones de campo se han visto frustradas por las restricciones de viaje, y los investigadores de anélidos y peracáridos “no han podido entrar”. [to the lab] y mira cualquier especimen”, explica, por lo que no pueden describir nada de los tipos físicos en este momento. Pero el estudio está en auge a través de la colección digital.

Usando un escáner micro-CT, los científicos del Smithsonian han brindado a los investigadores de todo el mundo acceso a especímenes de holotipo en forma de “reconstrucciones 3D en detalle minucioso”. Cuando recibe una solicitud de muestra, que generalmente implica enviar por correo el holotipo de valor incalculable, con riesgo de daño o pérdida, Osborn dice que primero se ofrece a enviar una versión virtual. Aunque la mayoría de los investigadores son inicialmente escépticos, “siempre nos contestan ‘Sí, no necesito la muestra. Tengo toda la información que necesito’”.

“EyeRIS y DeepPIV nos brindan una forma de documentar cosas in situ, que es aún más genial”, agrega Osborn. Durante expediciones de investigación, ha visto el sistema en acción en larváceos gigantespequeños invertebrados cuyos intrincados “palacios de mocos” de moco secretado, los científicos nunca habían podido estudiar completamente intactos, hasta DeepPIV.

Katija dice que el equipo de MBARI está considerando formas de gamificar la descripción de especies a lo largo de las líneas de plegableun popular proyecto de ciencia ciudadana en el que los “jugadores” usan una plataforma similar a un videojuego para determinar la estructura de las proteínas.

Con el mismo espíritu, los científicos ciudadanos podrían ayudar a analizar las imágenes y los escaneos tomados por los ROV. “Pokémon Go tenía gente deambulando por sus vecindarios en busca de cosas falsas”, dice Katija. “¿Podemos aprovechar esa energía y hacer que la gente busque cosas que la ciencia no conoce?”

Elizabeth Anne Brown es una periodista científica con sede en Copenhague, Dinamarca.