Im Laufe des letzten Jahrhunderts nahm die Schnabelgröße der untersuchten Vögel von etwa 4 % auf 10 % zu.
Australische Forscher untersuchten 86 Vogelarten, die in mehreren Museen aufbewahrt wurden, um zu messen, wie sich ihre Körper im letzten Jahrhundert als Reaktion auf die globale Erwärmung verändert haben. Anhand der von den Scannern gelieferten Daten konnten die Forscher nachweisen, dass die Schnabelgröße der untersuchten Vögel von etwa 4 % auf 10 % zugenommen hat.
Eine der erstaunlichsten Auswirkungen der globalen Erwärmung ist seit einigen Jahrzehnten zu beobachten: Zahlreiche Vogelarten auf der ganzen Welt reagieren auf die steigenden Temperaturen mit einer "Metamorphose", d. h. sie verändern ihre Schnäbel, Beine und anderen Anhängsel in dem verzweifelten Bemühen, sich anzupassen und zu überleben.
Wenn man sich genauer ansieht, wie die Natur die Vögel ausgestattet hat, um diese beeindruckende Leistung der Thermoregulation zu vollbringen, ist der Schnabel einer der effektivsten Teile des Körperthermostats des Vogels. Dieses lebende, extrem vaskularisierte Organ, das reich an einem verzweigten Netz von Blutgefäßen ist, kann nachts mehr Blut in den Schnabel fließen lassen, wodurch überschüssige Körperwärme verteilt und die Temperatur auf ein schlafförderndes Niveau gesenkt wird.
Die Geheimnisse der Vogelmetamorphose durch 3D-Technologie enthüllt
Die Studie der Doktorandin Sara Ryding von der Deakin University in Melbourne beleuchtet fast 6000 Vögel, die 86 verschiedene Arten in 10 Vogelordnungen repräsentieren.
Um das höchste Maß an Genauigkeit zu erreichen, wandte sich die Universität an den lokalen Partner von Artec 3D, Objective3D, und entschied sich für den Artec Space Spider Scanner, einen tragbaren 3D-Scanner in Metrologiequalität, der von Forschern und anderen Fachleuten auf der ganzen Welt häufig verwendet wird und strenge Anforderungen an Genauigkeit und Auflösung stellt.
Die traditionelle Methode zur Feststellung der Metamorphose von Vögeln erfordert den Einsatz digitaler Messschieber, um die Länge, Breite und Tiefe des Vogelschnabels zu berechnen. Diese Maße werden dann in eine Gleichung einbezogen, die den Forschern die Fläche eines Kegels von der gleichen Größe wie der Schnabel liefert.
"Ich interessiere mich für sehr unterschiedliche Vögel, von Enten über Sperlinge bis hin zu Raubvögeln... Wenn man so unterschiedliche Arten studiert, stößt man zwangsläufig auch auf sehr unterschiedliche Schnabelformen. Deshalb denke ich, dass 3D-Scans für diese Art von Anwendungen viel besser geeignet sind, da man die gesamte organische Oberflächenanatomie digitalisieren kann, ohne etwas auszulassen." kommentiert Sara Ryding.
An ihren Scan-Tagen besucht die Forscherin verschiedene Museen und hat dabei eine oder mehrere ganz bestimmte Arten im Kopf. Sie findet diese Arten und beginnt mit der Suche nach den zu scannenden Arten, je nach dem Jahr, in dem das Exemplar gesammelt wurde, dem Ort, an dem es gefunden wurde, etc.
Wenn die Vögel klein sind, kann sie an einem Nachmittag 40 bis 50 Vögel scannen. Bei größeren Vögeln sind 30 bis 40 ein realistischeres Ziel.
Zuverlässige 3D-Daten, die manuelle Messungen in den Schatten stellen
Die Scanmethode ist einfach: Der Vogel wird mit dem Rücken auf einem Drehteller positioniert. Dann wird er durch langsames Drehen des Tisches gescannt, wobei die gesamte wesentliche Anatomie des Schnabels in einem einzigen Scanvorgang digitalisiert wird. Für einen hochpräzisen Scan mit unzähligen Möglichkeiten werden etwa zwei Minuten benötigt.
" Space Spider scannt jede Vertiefung und Kurve der Schnabelanatomie, sodass die Schnabelfläche millimetergenau bestimmt werden kann. " kommentiert Sara.
Bisher hat die durchgeführte Studie gezeigt, dass allein im letzten Jahrhundert die Schnabelgröße der untersuchten Vögel von etwa 4 % auf 10 % zugenommen hat.
Sara Ryding bearbeitet die Scans in der Software Artec Studio. Sie braucht nur sechs Minuten pro Vogel. " Meine Methode zur Bearbeitung von Scans sieht folgendermaßen aus: Ich mache eine globale Aufnahme, dann eine Ausreißerentfernung, gefolgt von einer scharfen Verschmelzung, bei der alles, auch die winzigsten Details, scharf erhalten bleibt. Danach wende ich die Textur an, um sicherzustellen, dass ich sehe, wo die Federn enden und der Schnabel beginnt. Dann entferne ich alles Überflüssige, sodass nur noch der Schnabel im Scan zu sehen ist. " beschreibt die Forscherin.
Sara Ryding verwendet dann das Messwerkzeug von Artec Studio, um schnell lineare Messungen des Schnabels zu erhalten, um die mit den digitalen Messschiebern gemessenen Maße zu überprüfen. Anschließend führt sie eine Flächenmessung durch, die den gesamten Bereich des Schnabels misst.
Der unerlässliche Bedarf an 3D-Scans für die biologische Forschung
Laut der Doktorandin ist der 3D-Scan unumgänglich, um dieses Ziel zuverlässig zu erreichen:" Wenn wir unsere Studien von einem Forscher zum anderen erleichtern wollen, müssen wir unbedingt über präzise, direkt vergleichbare Daten verfügen. Manuelle Messungen reichen nicht mehr aus."
Für Forscher, die keinen Zugang zu leistungsfähigen 3D-Scannern haben, verbessern Sara Ryding und ihr Team die bestehende Formel (unter Verwendung von Geometrie) zur Schätzung der Schnabelgröße von Vögeln, indem sie die Schätzungen der Formel mit genauen Messungen von 3D-Modellen vergleichen, die mit dem Scanner erstellt wurden.
Sara Rydings Studie ist noch nicht abgeschlossen und sieht die Hinzufügung weiterer Formeln und die Untersuchung einer größeren Vielfalt an Arten vor.