生物學(xué)家利用3D建模技術(shù)幫助拯救瀕臨滅絕的淡水貽貝

導(dǎo)讀：地球獨特的自然環(huán)境造就了令人驚嘆的生物多樣性，但隨著人類活動范圍的不斷擴(kuò)張，脆弱的生物多樣性逐漸被破壞。全球有許多拯救瀕臨滅絕的動物需要我們來保護(hù)，這也給生物學(xué)家?guī)�來了的諸多挑戰(zhàn)。這些瀕危物種包括：黑犀牛、山地大猩猩、非洲森林象、猩猩，當(dāng)然還有玳瑁海龜，但國際自然保護(hù)聯(lián)盟評估有超過 41,000 個物種面臨滅絕威脅（ IUCN），名單上還有更多。這包括我們自己的后院，僅在美國就有 1000 多種瀕臨滅絕或受到威脅的物種。

2023年8月28日，南極熊獲悉，為了拯救一組淡水貽貝，來自佛羅里達(dá)自然歷史博物館和史密森學(xué)會國家自然歷史博物館的科學(xué)家和成像專家聯(lián)手使用 3D 技術(shù)來幫助保護(hù)淡水貽貝。

淡水貽貝實際上是世界上最瀕危的物種之一。史密森學(xué)會雙殼類（一組海洋和淡水軟體動物）館長約翰·菲弗 (John Pfeiffer) 解釋說，盡管美國是淡水貽貝生物多樣性的重要熱點地區(qū)，但該國的許多淡水貽貝面臨滅絕的危險。大約三分之一的物種受到《瀕危物種法》的保護(hù)，另外 30 個物種據(jù)信最近已經(jīng)滅絕。考慮到貽貝對溪流和河流的健康至關(guān)重要，因為它們具有過濾能力，可以清除周圍環(huán)境中的藻類、多余的營養(yǎng)物質(zhì)和重金屬，并且能夠穩(wěn)定密集群落的河床，因此它們的滅絕對其生物群落來說可能是災(zāi)難性的，人們也需要為拯救這一物種展開努力。

△淡水貽貝（如圖所示）利用魚將它們運送到上游（照片來源：Ryan Hagerty，美國魚類和野生動物管理局，CC0）

3D 技術(shù)如何幫助拯救淡水貽貝？

從本質(zhì)上講，使用 3D 技術(shù)來幫助拯救淡水貽貝將有兩個作用。第一，以教育為中心。保護(hù)任何物種的一個關(guān)鍵部分當(dāng)然是讓公眾意識到它們的存在，并直接交到試圖保護(hù)它們的生物學(xué)家手中。因此，國家保護(hù)培訓(xùn)中心正計劃創(chuàng)建貝殼的3D模型庫，以加強向全國各地的保護(hù)專業(yè)人員以及普通公民提供的淡水貽貝識別課程。這一點至關(guān)重要，因為隨著貽貝數(shù)量的減少，尋找用于關(guān)鍵研究的參考標(biāo)本似乎越來越困難。

△國家保護(hù)培訓(xùn)中心將使用 3D 打印的淡水貽貝殼模型（例如此處顯示的肥三脊貽貝 ( Amblema neislerii ) 的重建）來培訓(xùn)生物學(xué)家和保護(hù)主義者。照片來源：佛羅里達(dá)博物館攝影：ZACHARY RANDALL

但物理 3D 打印并不是保存這些稀有物種的唯一方法。該項目的另一個關(guān)鍵部分是使用攝影測量創(chuàng)建數(shù)字模型，以在數(shù)字 3D 圖書館中構(gòu)建全面的館藏。菲弗指出：“有些標(biāo)本極其罕見或脆弱，幾乎不可能擁有全面的參考資料來幫助培訓(xùn)人員。因此，我們想出了創(chuàng)建一個數(shù)字 3D 圖書館的想法，通過將所有美國物種直接放在您的指尖，可以改善對標(biāo)本的獲取�！�

事實上，這并不是第一次使用攝影測量來實現(xiàn)此目的，攝影測量可以將單個樣本的多張照片拼接在一起形成 3D 合成圖像。文化遺產(chǎn)研究，例如“掃描世界”等項目背后的研究，或最近為保護(hù)復(fù)活節(jié)島頭像所做的努力，很快就采用了 3D 模型作為促進(jìn)訪問重要文化和歷史古跡的一種方式。現(xiàn)在，這種淡水貽貝也采用了同樣的工藝。

幸運的是，佛羅里達(dá)博物館擁有目前使用的最快、最高效的攝影測量設(shè)備之一，并對其進(jìn)行了進(jìn)一步改造，以便同時從多個角度進(jìn)行拍攝。為了拍攝圖像，標(biāo)本被放置在燈箱內(nèi)的自動轉(zhuǎn)盤上，并在旋轉(zhuǎn)過程中以編程的間隔拍攝照片。然后將其翻轉(zhuǎn)，使下半部分也能成像，從而捕獲完整的 360 度覆蓋范圍。

△技術(shù)人員將一個貝殼放在轉(zhuǎn)盤上以捕獲其圖像（照片來源：Zachary Randall/佛羅里達(dá)博物館）

△從各個角度對標(biāo)本進(jìn)行完整拍攝后，將圖像拼接在一起，形成原始物體的完整 3D 重建。

照片來源：佛羅里達(dá)博物館 攝影：ZACHARY RANDALL

國家保護(hù)培訓(xùn)中心課程負(fù)責(zé)人馬修·帕特森 (Matthew Patterson) 總結(jié)道：“這個項目非常令人興奮，因為它提供了機(jī)會教授野外生物學(xué)家和公眾如何識別所有原產(chǎn)于美國的淡水貽貝物種，包括幾乎所有種類的淡水貽貝。 100 個物種被列為受威脅和瀕危物種。所有這一切都將在 2023 年發(fā)生，屆時《瀕危物種法案》將迎來 50 歲生日。” 您可以點擊此處的的數(shù)字圖書館中了解更多關(guān)于貽貝模型的信息：https://sketchfab.com/3d-models/freshwater-mussels-of-north-america-7f8dfd99700a44ae9c0a0657103e8673