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Biologie des communications volume 5, Numéro d'article : 1318 (2022) Citer cet article

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Nous présentons un système d’imagerie économique avec matériel et logiciel intégrés pour capturer des images multispectrales de lépidoptères avec une grande efficacité. Cette méthode facilite la comparaison des couleurs et des formes entre espèces à des échelles taxonomiques fines et larges et peut être adaptée à d’autres ordres d’insectes présentant une plus grande tridimensionnalité. Notre système peut imager les faces dorsale et ventrale des spécimens épinglés. En collaboration avec notre pipeline de traitement, les données descriptives peuvent être utilisées pour étudier systématiquement les couleurs et les formes multispectrales sur la base d'une reconstruction complète de l'aile et d'un plan au sol universellement applicable qui quantifie objectivement les modèles d'ailes d'espèces présentant différentes formes d'ailes (y compris les queues) et systèmes de nervation. Des mesures morphologiques de base, telles que la longueur du corps, la largeur du thorax et la taille de l'antenne, sont automatiquement générées. Ce système peut augmenter de façon exponentielle la quantité et la qualité des données sur les traits extraites des spécimens de musée.

Les nanostructures présentes dans les cuticules des insectes ont inspiré de nombreuses nouvelles conceptions techniques1,2,3,4,5. Comme on sait que les insectes sont capables de percevoir des longueurs d’onde au-delà du spectre visible, des données importantes peuvent passer inaperçues à moins que les systèmes d’imagerie utilisés pour étudier les cuticules des insectes ne soient capables de détecter une gamme complète de longueurs d’onde électromagnétiques potentiellement pertinentes. Les études actuelles sur la couleur et la forme des ailes des lépidoptères (papillons et mites) (que nous utilisons dans cet article comme un raccourci pour la réflectance, indépendamment de tout système visuel) et leur forme sont souvent limitées à moins de 100 spécimens3,6 en raison du temps nécessaire à un seul spécimen. procédures basées sur des procédures7,8,9 telles que la nécessité de détacher les ailes des spécimens2,4,10 ou de disposer et d'imager des spécimens individuels avec leurs étiquettes. Concevoir des systèmes adaptés à la diversité des formes d’ailes9,11 a également représenté un défi de taille.

Les lépidoptères constituent une cible d'imagerie idéale puisque la nature bidimensionnelle des spécimens épinglés de la plupart des papillons et de nombreux papillons de nuit les rend plus faciles à analyser. Des méthodes appropriées sont nécessaires pour traiter les images multispectrales de lépidoptères de manière objective, systématique et efficace. Les principaux défis sont doubles : (1) développement d’un système d’imagerie à haut débit et (2) identification d’un plan au sol ou d’un archétype universellement applicable qui peut être généralisé pour capturer les caractéristiques des ailes dans toutes les familles.

Classiquement, les propriétés multispectrales de la surface d'un objet peuvent être mesurées de deux manières12,13,14,15. Un spectrophotomètre hyperspectral fournit une résolution spectrale élevée (~ 0,1 nm) pour un seul point, tandis que l'imagerie multispectrale peut créer rapidement des images bidimensionnelles avec une résolution spatiale élevée au détriment de la résolution spectrale en divisant le spectre en plusieurs bandes de longueurs d'onde d'environ 100 à 200. nm chacune (ci-après appelées « bandes ») et prendre des mesures de type photo sur une grande surface à l'aide d'un appareil photo. Certains systèmes d'imagerie de pointe ont une résolution spectrale 10 à 20 fois plus fine (~ 5 à 10 nm), mais coûtent 70 fois plus cher que notre appareil (~ 350 000 $). En télédétection, les satellites utilisent l'imagerie multispectrale pour collecter efficacement des données sur de vastes zones du monde (par exemple, le radiomètre avancé à très haute résolution [AVHRR] et le spectroradiomètre imageur à résolution modérée [MODIS]). De même, les caméras multispectrales commerciales peuvent fournir des mesures multispectrales objectives sur des surfaces bidimensionnelles, mais celles équipées d'une haute résolution spatiale sont d'un coût prohibitif pour la plupart des laboratoires ou des collections de musées et ont une efficacité d'imagerie relativement lente, ce qui complique leur utilisation dans l'imagerie d'échantillons à haut débit. Nous avons donc développé un système d'imagerie évolutif à haut débit basé sur un appareil photo reflex numérique grand public modifié pouvant accueillir un tiroir à spécimens de musée de style Cornell (450 × 390 × 67 mm) et capable de collecter des données multispectrales à partir d'un grand nombre d'échantillons biologiques à la fois. .