Обработка изображений и измерение листа
Образцы и сантиметровые шкалы были сфотографированы на белом фоне с помощью цифровой камеры Nikon Coolpix 990 с разрешением 2048 3 1536 пикселей. Волнистые или завитые листья прессуются плоско под стеклом или небольшим весом для минимизации искажений изображения.
Черешок был удален с изображения, используя прямой разрез, определяемый двумя точками пересечения черешка и пластинки листа. Если повреждена минутная часть края листа, то край восстанавливается как прямая линия. Ошибка, возникшая в результате этой процедуры аппроксимации, была принята как пренебрежимо малая. Цифровые калибровки и измерения размеров производились с использованием сканера Sigma Scan Prot 5.0.
Калибровка изображений выполнялась с использованием 2-точечной процедуры масштабирования, встроенной в программное обеспечение. Sigma Scan Prot работает, измеряя наложения, созданные на основе обнаруженных изображений.
Для создания первого наложения инструмент заливки приложения использовался для выбора всех смежных пикселей в пределах автоматически определяемого порогового диапазона. Был использован дополнительный фильтр наложения, "заполняющие отверстия", даже когда не было видимых отверстий, так как даже пропущенные пиксели, невидимые невооруженным глазом при низком зуме, могут оказать значительное влияние на измерения.
Выходные измерения, используемые здесь, были площадь, периметр, фактор формы, диаметр фретки, длина главной оси и малая длина оси. Использовался стандартный алгоритм Sigma Scan Prot для оценки исходного периметра, который уменьшает пикселированный периметр на вертикальные, горизонтальные и диагональные компоненты. Точность этой процедуры возрастает с увеличением размера изображения и считается достаточно высокой для исследуемых изображений.
Для измерения площади зуба для каждого образца зуба составлялись отдельные файлы изображений, каждый из которых состоял из каждого зуба на листе; процедура для всего листа, описанная выше, повторялась, но единственным применимым измерением была площадь.
Незубренным листам просто присваивается нулевая зона зуба. Никакое существующее программное обеспечение не может с достаточной надежностью отличать зубы от лезвий листа, поэтому выбор зуба осуществлялся вручную.
Поэтому данный этап был наиболее трудоемким и наиболее вероятным с точки зрения человеческих ошибок. Кроме того, точное определение зуба, критически важное для воспроизводимости, иногда является неоднозначным для некоторых характеристик краев листьев.
Большое внимание уделялось воспроизводимому и точному подбору зубов. Для нелопастных и пальмчато-лопастных листьев зуб считается любым васкуляризированным продолжением края, таким образом, что прямой участок между пазухами расширения не пересекает первичную вену.
Это определение допускало объективное и повторяемое различие, применимое к подавляющему большинству образцов, между расширением, которое является зубом, и расширением, которое является долей.
Опыт оправдывает внесение двух технических изменений в вышеупомянутое правило, и в будущем может потребоваться внесение дополнительных изменений.
- Во-первых, доли двустворчатых и остроконечно лопастных листьев не отбирались, даже если в них не было первичной вены.
- Во-вторых, некоторые перистые листья имеют доли и зубы, расположенные вдоль края по аналогичной схеме (например, многие виды Quercus).
Если зубы были большинством, то каждое расширение, следуя той же схеме, что и эти зубы, считалось зубом, так же как и доли. Дополнительным техническим замечанием является то, что зубы без базального синуса, такие как наиболее базальные зубы на лезвии или доле, были выбраны из апикального синуса по той же линии, что и при выборе верхнего соседнего зуба. Погрешности измерения оцениваются как менее 1 мм2.
Результаты
Коэффициент формы и соотношение фетр-диаметр отображаются нормально без трансформации. Однако для более точного определения нормального соотношения площади зуба, количества зубов и стандартизированного количества зуба к площади зуба были удалены. Для соотношения площади зубов также использовалось естественное логарифмическое преобразование.
Соотношение логов было опробовано в качестве альтернативного преобразования (не показано), но результат оказался менее значимым. Для подсчета зубов и стандартизированного подсчета зубов было получено незначительное увеличение нормальности за счет логарифмического преобразования, но результаты нанесены без преобразования для более интуитивного представления.
Обе переменные, рассчитанные по числу зубов, имели значительные отклонения, которые здесь сохраняются для иллюстрации. Найдены однонаправленные тренды в средствах и медианах, соответствующие ожиданиям по четырем переменным; соотношение фетр-диаметр не показывает тренда.
Формальный фактор увеличивался с увеличением, в то время как отношение площади зуба, количество зубов и стандартизированное количество зубов уменьшались.. Статистически значимые результаты не требуются для того, чтобы переменная была полезна для палеоклиматической оценки. Тем не менее, переменные со значительными результатами в настоящее время являются наиболее многообещающими, поскольку они показывают потенциал дискриминации на участках.
Каждый вид в каждой пробе представлен одной точкой отсчета, в которой показаны размеры одного листа. Отдельные точки данных показаны в виде биноклей с сопровождающими их нормальными кривыми для сравнения. Все первичные измерения проводились в см или см2.
Результаты для переменных величин, измеряемых для всех видов в выборке показывает, что соотношение длины и ширины листа было более важным, чем округлость листа при воздействии на соотношение ширина/длина листа.
Для всех видов, включенных в данное исследование, соотношение фетр-диаметр показал сильную отрицательную корреляцию с отношением длины основной и меньшей оси, что является приближением отношения длины к ширине, но низкой корреляцией с фактором формы.
Соотношение длины основной и второстепенной осей привело к тенденциям, которые были почти одинаковыми для участков с отношением фетр-диаметр (но менее значимыми).
Результаты показывают, что более теплый климат может быть связан с видами, имеющими больше круглых листьев и меньшее и меньшее количество зубьев, чем в умеренном климате диаметр должен подвергаться дополнительным испытаниям, учитывая легкость измерения и нормальность результатов.
Учитывая многообещающие предварительные результаты, здесь рассматривается потенциал цифровых переменных для палеоклиматической оценки. Переменные могут быть наиболее полезны в многомерном сочетании друг с другом и/или с традиционными, но воспроизводимыми переменными, такими как процент маржи листа. Таким образом, например, переменные величины, полученные только для зубчатых видов, могут быть объединены с другими величинами, измеренными для всех видов в образце.
Формфактор - это переменная испытанная величина, которая, как представляется, несет в себе наибольший климатический сигнал. Привлекательность формфактора дополняется быстротой и воспроизводимостью измерений: не требуется идентификации или выбора зубов, а измерения не зависят от масштаба, что исключает человеческую ошибку в процессе калибровки. Кроме того, незазубренные виды могут быть включены без ущерба для нормальности, что увеличивает статистическую силу.
К сожалению, для нанесения на окаменелости край листа должен быть почти нетронутым, или должна быть возможность реконструировать контур листа с достаточной точностью, чтобы можно было точно измерить коэффициент формы. Эксперименты со случайно срезанными изображениями листьев показали, что дискриминационная сила фактора формы резко уменьшается по мере изменения контуров.
Даже в ископаемой флоре с отличной сохранностью, для которой формы листьев по возможности были восстановлены, значительная часть видов не может быть полностью восстановлена. Тем не менее, дальнейший анализ может выявить фактор формы, который может оказаться климатически полезным при применении к наиболее хорошо сохранившейся части ископаемой флоры, при условии, что форма не влияет на то, какие виды лучше всего сохранились.
Стандартные методы хорошего сбора, такие как интенсивная добыча и тщательное отслеживание и склеивание кусков листьев, могут значительно улучшить долю видов, представленных полными образцами. Эти методы неоднократно доказывали свою ценность в других палеоботанических контекстах, но они не всегда практикуются.
Соотношение площади зуба и количество зубов также выглядят надежными и должны применяться к окаменелостям легче, чем переменные, требующие полного контура листа. Скорее всего, соотношение площадей зубов может быть аппроксимировано несколькими способами.
Один из возможных методов заключается в измерении площади сохраненных зубов по сравнению с площадью соответствующей части лезвия между зубами и первичной веной (предположительно эта площадь должна быть ограничена параллельно вторичным венам, а не перпендикулярно мидлвейну). Хотя абсолютное количество зубов может быть трудно определить по некоторым неполным образцам, стандартное количество зубов можно легко вывести из сохраненной части края листа.
Цифровая физиогномика листьев может применяться для экологических исследований живых растений. Например, зубовидность, которая, как считается, связана с листопадностью и коротким сроком службы листа, может быть измерена непрерывно с помощью большинства представленных здесь переменных (т.е. лист зуба имеет низкий коэффициент формы, высокое отношение площади зуба и большое количество зубов).
Тестируемая гипотеза заключается в том, что зубовидность отрицательно коррелирует с продолжительностью жизни листа, толщиной, плотностью и устойчивостью травоядных и положительно влияет на содержание азота, основываясь на установленных корреляциях продолжительности жизни листа с другими переменными.
Корреляции зубастости с гербиворезистентностью можно исследовать с помощью ископаемых ископаемых видов растений, используя существующие методы количественной оценки травоядия насекомых на ископаемых листах, что потенциально улучшает палеоэкологическую характеристику древних видов растений.
Выводы
Представленные здесь результаты показывают потенциал непрерывных переменных, которые измеряют физиогномику листьев как для палеоклиматической реконструкции, так и для экологических исследований живых и ископаемых растений.
Более теплый климат может быть связан с меньшим количеством зубьев на каждый зубчатый вид, холодный климат и листья относительно круглой формы, в дополнение к меньшему количеству зубчатых видов, как ранее известно.
Предварительные данные обосновывают необходимость более тщательного изучения цифровой физиогномики листа на ряде участков, достаточного для разработки и тестирования одномерных и многомерных статистических моделей для оценки среднегодовой температуры и других климатических переменных.
Модели также могут использовать традиционные переменные величины, такие как процент незазубренных видов, при условии, что они воспроизводимы. Еще один этап разработки и испытаний с использованием манипулируемых современных листьев потребуется для оценки заявок на неполные ископаемые листья.
По мере возможности, виды как в современных, так и ископаемых коллекциях, которые будут использоваться для климатического анализа, должны быть представлены образцами, содержащими улучшает палеоэкологическую характеристику древних видов растений, нетронутыми контурами листьев.
Фото взяты из интернета и не являются собственностью автора.