University of Bristol – Mikroskop automatisch bewegen

igu-award-adm | July 23, 2020

Experimentelle Laborsysteme spielen in den Bereichen Populationsbiologie, Ökologie von Lebensgemeinschaften und Evolutionsbiologie eine entscheidende Rolle. In solchen Systemen werden Modellorganismen eingesetzt (das sind in der Regel Organismen mit schneller Reproduktion, die wenige ethische Bedenken aufwerfen), die Daten zum Test und zur Entwicklung von Modellen und Theorien sowie Analogien zu Echtsystemen liefern sollen. Eines der am besten etablierten Systeme in diesem Bereich arbeitet mit einzelligen Süßwasserprotisten, die zu Gemeinschaften aus Konkurrenten, Räubern und Parasiten zusammengestellt werden können. Dieses System wird bereits seit über 100 Jahren eingesetzt, um fundamentale ökologische Theorien und Prozesse zu testen. In jüngster Zeit hat es Daten geliefert, mit denen Methoden zur Vorhersage von Populationsverlusten entwickelt werden. Dies ist angesichts des gegenwärtigen Tempos des Artensterben von großer Bedeutung für den Erhalt von Arten.

Bilder

Problem:
Die Daten aus dem Protisten-Mikrokosmos wurden bisher in den meisten Fällen manuell erfasst, und die Habitate, in denen die Experimente durchgeführt wurden (normalerweise Petrischalen) können die räumliche Komplexität natürlicher Systeme nicht wiedergeben. Das schränkt die Qualität von Daten und die damit untersuchbaren Fragen ein. Wir verwenden einen igus-Portalroboter zur automatischen Bewegung eines Mikroskops mit angeschlossener Kamera über Versuchsaufbauten aus dem 3D-Drucker. Dadurch können wir Videos erfassen, die mithilfe von KI analysiert werden und Daten zu Mengen, Körpermaßen, Verhalten und Position vieler miteinander interagierender Spezies in räumlich komplexen Landschaften liefern. Die dabei verfügbaren Auflösungen sind weit höher als alles, was bisher möglich war. Mit diesem Versuchsaufbau werden wir Modelle testen und entwickeln, mit denen man vorhersagen kann, welche Arten in der wirklichen Welt am stärksten vom Aussterben bedroht sind. So können entsprechende Prioritäten für die Maßnahmen und finanziellen Mittel zu ihrem Erhalt gesetzt werden.

Lösung:
Durch die Automatisierung der Datenerfassung in diesen Systemen erreichen wir eine weit höhere zeitliche Auflösung, als dies bisher möglich war. Außerdem sind die Daten deutlich genauer. Dafür müssen wir die Versuchssysteme nicht einmal bewegen, was die Organismen stören und möglicherweise ihr Verhalten verändern würde.

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