Ученые из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН, Института фундаментальных проблем биологии РАН в Пущино, и Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова представили уникальный подход для объективной регистрации цветовых и спектральных характеристик живых растений. Разработка перспективна для создания нового поколения биологических информационных ресурсов, в частности: подготовки цифровых гербариев нового поколения. Результаты работы опубликованы в журнале «Светотехника».
Цифровизация биологии способствует появлению новых информационных ресурсов – коллекций цифровых изображений, спектральных и цветовых параметров живых биологических объектов. Создание таких коллекций развивает классические традиции, дополняя их новой информацией о состоянии живого объекта (растений или животных).
Цифровые технологии работы с живым объектом позволяют наблюдать за его поведением, а также за изменениями его структуры и функций без контакта и фиксации. Одними из наиболее важных параметров живого объекта являются его цветовые и спектральные характеристики, изучение которых относится к области биофотоники.
Точное сохранение цвета биологического объекта как признака его состояния даёт дополнительные возможности исследования. Появление цифровых инструментов регистрации спектральных и цветовых параметров привело к трансформации практики аналитической химии, а затем и биологии, когда появилась возможность использовать спектральные и цветовые параметры животных и растений для прямого прижизненного контроля их физиологического состояния.
Коллектив ученых из ИТЭБ РАН, ИФПБ РАН и МГУ представили один из первых подходов для объективной регистрации цветовых и спектральных характеристик живых растений с целью последующего использования данных физических параметров при создании цифровых гербариев нового поколения.
Исследование прокомментировал старший научный сотрудник ИТЭБ РАН, кандидат биологических наук Харлампий Тирас: «Все измерения были проведены на одних и тех же образцах растений: сначала проводили сканирование образцов планшетными сканерами, а затем снимали спектральные и цветовые характеристики поверхности этих растений с помощью портативных цифровых спектрофотометров.
Были исследованы цветовые и спектральные параметры цветков и листьев различных растений. Приведены примеры различных случаев быстрого изменения цвета в течение 20 дней цветков колокольчика крапиволистного и, напротив, сохранение цветовых характеристик листьев клена Гиннала после классической гербаризации в течение трёх десятилетий.
Сопоставление цветовых показателей, полученных с помощью различных цифровых инструментов, показывает их хорошее соответствие друг другу, и, в целом, надёжность получаемых результатов. Это пример использования различных алгоритмов для анализа первичной информации, что является базовым принципом верификации получаемых данных в области цифровой биологии.
Фиксация цветового спектра образцов растений в процессе гербаризации даёт возможность получить новые прижизненные признаки образца, повысить степень надёжности сохранения выявленного признака для длительного использования и, наконец, получить новый классификационный признак, который в отдельных случаях мог бы помочь различать близкородственные виды и идентифицировать эволюционные расхождения.
Использование цифровых технологий получения объективных спектральных и цветовых параметров живых организмов открывает перспективу применения этих данных в морфологии и систематике».
По мнению ученого, применение данного подхода позволяет регистрировать состояние растений прямо в полевых условиях, не разрушая объект, что актуально, например, для краснокнижных растений. В дальнейшем представленный подход, возможно, станет основой для развития нового направления в биологии и биофизике – биофотоники живых организмов или биологической цветометрии.
На фото: Харлампий Тирас проводит измерение параметров физиологического состояния растений с помощью цифрового спектрофотометра
