生物学家利用3D建模技术帮助拯救濒临灭绝的淡水贻贝

导读：地球独特的自然环境造就了令人惊叹的生物多样性，但随着人类活动范围的不断扩张，脆弱的生物多样性逐渐被破坏。全球有许多拯救濒临灭绝的动物需要我们来保护，这也给生物学家带来了的诸多挑战。这些濒危物种包括：黑犀牛、山地大猩猩、非洲森林象、猩猩，当然还有玳瑁海龟，但国际自然保护联盟评估有超过 41,000 个物种面临灭绝威胁（ IUCN），名单上还有更多。这包括我们自己的后院，仅在美国就有 1000 多种濒临灭绝或受到威胁的物种。

2023年8月28日，南极熊获悉，为了拯救一组淡水贻贝，来自佛罗里达自然历史博物馆和史密森学会国家自然历史博物馆的科学家和成像专家联手使用 3D 技术来帮助保护淡水贻贝。

淡水贻贝实际上是世界上最濒危的物种之一。史密森学会双壳类（一组海洋和淡水软体动物）馆长约翰·菲弗 (John Pfeiffer) 解释说，尽管美国是淡水贻贝生物多样性的重要热点地区，但该国的许多淡水贻贝面临灭绝的危险。大约三分之一的物种受到《濒危物种法》的保护，另外 30 个物种据信最近已经灭绝。考虑到贻贝对溪流和河流的健康至关重要，因为它们具有过滤能力，可以清除周围环境中的藻类、多余的营养物质和重金属，并且能够稳定密集群落的河床，因此它们的灭绝对其生物群落来说可能是灾难性的，人们也需要为拯救这一物种展开努力。

△淡水贻贝（如图所示）利用鱼将它们运送到上游（照片来源：Ryan Hagerty，美国鱼类和野生动物管理局，CC0）

3D 技术如何帮助拯救淡水贻贝？

从本质上讲，使用 3D 技术来帮助拯救淡水贻贝将有两个作用。第一，以教育为中心。保护任何物种的一个关键部分当然是让公众意识到它们的存在，并直接交到试图保护它们的生物学家手中。因此，国家保护培训中心正计划创建贝壳的3D模型库，以加强向全国各地的保护专业人员以及普通公民提供的淡水贻贝识别课程。这一点至关重要，因为随着贻贝数量的减少，寻找用于关键研究的参考标本似乎越来越困难。

△国家保护培训中心将使用 3D 打印的淡水贻贝壳模型（例如此处显示的肥三脊贻贝 ( Amblema neislerii ) 的重建）来培训生物学家和保护主义者。照片来源：佛罗里达博物馆摄影：ZACHARY RANDALL

但物理 3D 打印并不是保存这些稀有物种的唯一方法。该项目的另一个关键部分是使用摄影测量创建数字模型，以在数字 3D 图书馆中构建全面的馆藏。菲弗指出：“有些标本极其罕见或脆弱，几乎不可能拥有全面的参考资料来帮助培训人员。因此，我们想出了创建一个数字 3D 图书馆的想法，通过将所有美国物种直接放在您的指尖，可以改善对标本的获取。”

事实上，这并不是第一次使用摄影测量来实现此目的，摄影测量可以将单个样本的多张照片拼接在一起形成 3D 合成图像。文化遗产研究，例如“扫描世界”等项目背后的研究，或最近为保护复活节岛头像所做的努力，很快就采用了 3D 模型作为促进访问重要文化和历史古迹的一种方式。现在，这种淡水贻贝也采用了同样的工艺。

幸运的是，佛罗里达博物馆拥有目前使用的最快、最高效的摄影测量设备之一，并对其进行了进一步改造，以便同时从多个角度进行拍摄。为了拍摄图像，标本被放置在灯箱内的自动转盘上，并在旋转过程中以编程的间隔拍摄照片。然后将其翻转，使下半部分也能成像，从而捕获完整的 360 度覆盖范围。

△技术人员将一个贝壳放在转盘上以捕获其图像（照片来源：Zachary Randall/佛罗里达博物馆）

△从各个角度对标本进行完整拍摄后，将图像拼接在一起，形成原始物体的完整 3D 重建。

照片来源：佛罗里达博物馆 摄影：ZACHARY RANDALL

国家保护培训中心课程负责人马修·帕特森 (Matthew Patterson) 总结道：“这个项目非常令人兴奋，因为它提供了机会教授野外生物学家和公众如何识别所有原产于美国的淡水贻贝物种，包括几乎所有种类的淡水贻贝。 100 个物种被列为受威胁和濒危物种。所有这一切都将在 2023 年发生，届时《濒危物种法案》将迎来 50 岁生日。” 您可以点击此处的的数字图书馆中了解更多关于贻贝模型的信息：https://sketchfab.com/3d-models/freshwater-mussels-of-north-america-7f8dfd99700a44ae9c0a0657103e8673