Insekten vor: ZooSphere.net

Leibniz-Gemeinschaft

Im Rahmen der simultanen Ausstellung "8 Objekte, 8 Museen" der Leibniz-Forschungsmuseen stellt das Museum für Naturkunde Berlin seine neu entwickelte Technik zur Abbildung von Insekten vor: ZooSphere.

ZooSphere – ganz nah dran
Das Museum für Naturkunde Berlin hat mit der ZooSphere ein neuartiges Verfahren entwickelt, um Insekten automatisch von allen Seiten zu fotografieren und so Sequenzen hochauflösender Bilder zu erstellen.

Die ZooSphere besteht aus einem Gestell mit einer Schaukel, die das Tier trägt, und zwei Motoren. Sie bewegen die Schaukel und drehen das Tier um sich selbst.

Die Kamera wird auf einem fahrbaren Schlitten montiert und macht Aufnahmen von verschiedenen Fokusebenen des Objektes.

Die für die ZooSphere entwickelte Software koordiniert die Bewegungen der Schaukel und des Schlittens mit der Kamera. So entstehen 2000 bis 7200 Fotos für die spätere Rundumsicht.

Eine Bildserie mit kontinuierlicher Veränderung von Aufnahmeabstand oder Fokussierung sorgt dafür, dass man trotz Einsatz eines Makroobjektivs, mit dem man sehr nah an ein Objekt herantritt, ein Bild mit besonders großer Tiefenschärfe erhält.

Je nach Länge des Objekts müssen 20 bis 60 Fotos in unterschiedlichen Fokusebenen aufgenommen werden.

Über einen Algorithmus werden die einzelnen Bilder anschließend zusammengerechnet. Dieses sogenannte Fokusstacking wird besonders häufig in der Makrofotografie genutzt. Am Ende entsteht ein komplett scharfes Bild.

Aus insgesamt bis zu 7200 Aufnahmen entsteht so eine Sequenz von 100 bis 120 hochauflösenden Einzelbildern, die es erlauben, das Insekt so zu betrachten, als sähe man es im Original vor sich.

Eine Wissenschaft, die den Augen traut
Biologie ist trotz aller neuen Entwicklungen in der Genetik und Biochemie eine beobachtende Disziplin geblieben. Untersuchungen zur Biodiversität und Biogeographie basieren auf taxonomischen Studien, d.h. auf genauer Betrachtung der Fauna und Flora. Gefundene Arten werden immer zuerst morphologisch, nach ihrer äußeren Gestalt, untersucht und beschrieben. Erst in einem zweiten Schritt wird mittels DNA-Sequenzierung geprüft, ob Unterschiede in der Gestalt verschiedene Arten darstellen – oder Variationen innerhalb einer Art.

Die Biogeographie untersucht die Verbreitung der Arten in geographischen Regionen, Biomen (großräumige Landschaftseinheiten mit charakteristischer Vegetation und Fauna) und Ökosystemen. Im Rahmen eines Forschungsprojekts auf Java werden mit Hilfe einer Lichtfalle Insekten gefangen.

Wissenschaftler des Forschungsprojekts "Indonesian Biodiversity Discovery and Information System" untersuchen ihre Funde. Mit der morphologischen Prüfung beginnt die wissenschaftliche Arbeit.

Digitaler Holotyp
Die ZooSphere löst für Zoologen ein zentrales Problem der Artenbestimmung: Um ein Lebewesen zu bestimmen, muss es mit dem einschlägigen Holotyp verglichen werden – das ist das Individuum, auf dem die Beschreibung einer biologischen Art basiert. Bislang werden Holotypen der verschieden Arten meist in einer öffentlichen Sammlung aufbewahrt. Nach den Regeln des wissenschaftlichen Austausches sollten sie Forschern zugänglich gemacht werden. Bisher gab es zwei Möglichkeiten: Die Zoologen bereisten die Sammlungen – zeitraubend und teuer – oder die Präparate wurden verschickt.

Holotyp ist ein Begriff in der biologischen Systematik. Dabei handelt es sich um ein ausgewähltes Individuum, das zur Beschreibung einer Art herangezogen wurde. Wenn mehrere Tiere die Grundlage zur Beschreibung einer Tierart darstellen, spricht man von Syntypen. Ein nachträglich aus einer solchen Typusserie als namenstragender Typus bestimmtes Exemplar wird als Lectotypus bezeichnet.

Der Leihverkehr von Holotypen ist ein großes Problem, denn die Präparate sind empfindlich und werden beim Versand oft beschädigt – wie diese Euanthoides petiolata (aus der Familie der Raupenfliegen) mit abgebrochenem Hinterleib. Diese Probleme können mit der ZooSphere in vielen Fällen umgangen werden.

Unter zoosphere.net kann das Museum für Naturkunde die Bilder jetzt als Rundumansicht im Internet zur Verfügung stellen, um Zoologen wie Laien – egal wo auf der Welt – die morphologische Arbeit bei der Artenbestimmung zu erleichtern.

Bei der ZooSphere Technologie besteht ein fertiges Digitalisat aus einer hochauflösenden, 3D-sphärischen Bildsequenz. Auf zoosphere.net wird diese mittels Webviewer so dargestellt, dass sich das Digitalisat in jede Richtung drehen lässt – ganz so, als läge dem Betrachter das präparierte Tier vor. Mit der Zoomfunktion lassen sich dabei selbst kleinste Strukturen erkennen.

Die Bildsequenzen der ZooSphere sind detaillierter als 3D-Modelle, die per Photogrammetrie errechnet wurden. Sie werden den Anforderungen der Wissenschaftler gerecht, auch kleinste Oberflächenmerkmale und -strukturen, Konturen, transparente wie glänzende Teile und feinste Farbnuancen widerzugeben.

Das Museum für Naturkunde in Berlin
Berühmt ist das Museum für Naturkunde in Berlin beim Publikum für die „Saurierwelt“ im Lichthof. Zwei Höhepunkte dort sind das weltweit größte montierte Saurierskelett, das eines Brachiosaurus brancai, und der Archaeopteryx lithographica, das vielleicht bekannteste aller Fossilien – oft als „missing link“ zwischen Reptilien und Vögeln beschrieben. Derzeit wird auch an anderer Stelle als Leihgabe der Tyrannosaurus rex gezeigt.

Mehr als berühmte Dinosaurier: Das Museum für Naturkunde beherbergt heute mehr als 30 Millionen Objekte, darunter fast drei Millionen Fossilien, 220.000 Mineralstufen, 276.000 konservierte Tiere in der Nass-Sammlung, etwa 15 Millionen Insekten sowie 120.000 Aufnahmen von Tierstimmen.

Eine Forschungsinfrastruktur von weltweiter Bedeutung: Das Vergleichsmaterial, das in den Sammlungen bereit steht, erleichtert die Entdeckung bislang unbekannter Arten und damit die Kategorisierung von Biodiversität. Der größte Teil der Insekten lagert getrocknet und auf Nadeln gesteckt in rund 35.000 Holzkästen, die in Schränken liegen.

Natur erforschen
Es sind vor allem vier Forschungsbereiche, in denen das Museum für Naturkunde Berlin arbeitet: Geologen, Paläontologen und Zoologen fragen nach Artenbildung und Populationsdifferenzierung von der Entstehung der Erde bis zum Modellieren von Zukunftsszenarien. In einem zweiten Bereich geht es um die Sammlungen und ihre Erforschung, die Entdeckung bislang unbekannter Arten und die Kategorisierung von Biodiversität. Wie Objekte digitalisiert werden können – ZooSphere ist ein Beispiel – und was Digitalisierung für die Forschung bedeutet ist ein drittes Themenfeld. Und nicht zuletzt beschäftigt sich das Museum damit, wie Wissenschaft und breitere Öffentlichkeit miteinander ins Gespräch kommen können.

Mit dem Berliner Forschungsprogramm zu dem neuen T. rex sollen die Erkenntnisse um die Anatomie, die physischen Fähigkeiten, das einstige Ökosystem, die Einbettung und Fossilisation sowie Krankheiten des Raubsauriers erweitert werden.

Der Schädel, den das aufgestellte Skelett des Tyrannosaurus rex TRISTAN in die Höhe reckt, ist eine Kopie. Das Original wäre für die Montage zu schwer gewesen. Von einzelnen Knochen wurden jeweils hunderte Fotos gemacht, aus denen mittels Photogrammetrie sehr genaue 3D-Modelle errechnet wurden. Aus diesen Daten stellte das 3D-Labor der Technischen Universität Berlin mittels Lasersintern die Kopien einzelner Schädelknochen her.

Wissenschaftler des Museums für Naturkunde Berlin und des Naturhistorischen Museums Genf erforschen, ob Baumfrösche aus West- bzw. Zentralafrika verschiedenen Arten angehören oder artgleich sind, wie auf Grund äußerlicher Ähnlichkeiten bis dahin angenommen. Die Forscher verglichen die genetischen und akustischen Merkmale der Frösche und stellten fest, dass es sich um verschiedene Arten handelt – ein Beitrag zu der großen Frage, wie Arten sich in einem gemeinsamen Lebensraum ausdifferenzieren.

Eine Gruppe australischer Grabwespen ist im Rahmen einer Studie umfassend untersucht worden. Anhand von genadelten Individuen, die z. T. vor über 150 Jahren gesammelt wurden und aus Museumssammlungen aus der ganzen Welt stammen, wurden die morphologischen Merkmale von beinahe 1000 Exemplaren genauestens geprüft. Bisher betrug die Anzahl der bekannten australischen Arten der Gattung 23, durch diese Studie hat sie sich mittlerweile auf 34 erhöht.

Mitwirkende: Geschichte

„8 Objekte, 8 Museen“ ist ein Gemeinschaftsprojekt der Leibniz-Forschungsmuseen und des Leibniz-Instituts für Wissensmedien in Tübingen zum Leibniz-Jahr 2016.

Forschungsprojekt zu ZooSphere.net des Museums für Naturkunde Berlin

Alle Dokumente und Fotos:
Museum für Naturkunde Berlin, Fotografien & Film: Antje Dittmann, Thorleif Dörfel und Michael Ohl, Johannes Frisch, Hwa Ja Götz, Valentin Henning, Heinrich Mallison, Martin Pluta, Carola Radke, Mark-Oliver Rödel, Bernhard Schurian, SatScan, ZooSphere

Text und Objektauswahl: Stephan Speicher
Museum für Naturkunde Berlin: Felix Maier, Martin Pluta, Thomas Schmid-Dankward

Übersetzung: Hendrik Herlyn

Quelle: Alle Medien
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