Gli scienziati hanno scansionato migliaia di campioni di storia naturale, a cui puoi accedere gratuitamente

I ricercatori hanno pubblicato una sintesi del progetto sulla rivista Bioscienza in cui esaminano i campioni che sono stati scansionati fino ad oggi e offrono un’idea di come i dati potrebbero essere utilizzati per porre nuove domande e stimolare lo sviluppo di tecnologie innovative.

“Quando le persone raccolsero per la prima volta questi esemplari, non avevano idea di cosa avrebbe riservato loro il futuro”, ha detto Edward Stanley, co-investigatore principale del progetto oVert e scienziato associato presso il Museo di Storia Naturale della Florida.

I musei di storia naturale iniziarono nel XVI secolo come gabinetti di curiosità, in cui alcuni individui facoltosi accumulavano esemplari rari ed esotici, che tenevano per lo più per sé. Da allora, i musei sono diventati una risorsa per il pubblico, con mostre che mettono in mostra la biodiversità per chiunque sia interessato a conoscerla.

Tuttavia, la maggior parte delle collezioni museali rimane a porte chiuse, accessibile solo agli scienziati che devono viaggiare per vederle o chiedere che un piccolo numero di esemplari venga spedito in prestito. Il gruppo di ricerca dietro oVert vuole cambiare la situazione.

“Se hai bisogno che qualcuno salga su un aereo e venga da te per collaborare, questo è proibitivo in molti modi”, ha detto David Blackburn, ricercatore principale del progetto oVert e curatore di erpetologia presso il Museo della Florida. “Ora abbiamo scienziati, insegnanti, studenti e artisti in tutto il mondo che utilizzano questi dati da remoto.”

Tra il 2017 e il 2023, i membri del progetto oVert hanno effettuato scansioni TC di oltre 13.000 esemplari, con specie rappresentative dell’albero della vita dei vertebrati. Ciò include più della metà dei generi di tutti gli anfibi, rettili, pesci e mammiferi. Gli scanner TC utilizzano raggi X ad alta energia per scrutare oltre l’esterno di un organismo e visualizzare la densa struttura ossea sottostante. Pertanto, gli scheletri costituiscono la maggior parte delle ricostruzioni evidenti. Un piccolo numero di campioni è stato anche colorato con una soluzione temporanea di miglioramento del contrasto che ha permesso ai ricercatori di visualizzare i tessuti molli, come pelle, muscoli e altri organi.

I modelli danno uno sguardo intimo alle porzioni interne di un campione che in precedenza potevano essere osservate solo attraverso la dissezione distruttiva e il campionamento dei tessuti.

“I musei sono costantemente impegnati in un atto di equilibrio”, ha detto Blackburn. “Vuoi proteggere i campioni, ma vuoi anche che le persone li utilizzino. oVert è un modo per ridurre l’usura dei campioni e allo stesso tempo aumentarne l’accesso, ed è il passo logico successivo nella missione delle collezioni museali.”

oVert è stato finanziato con una somma iniziale di 2,5 milioni di dollari dalla National Science Foundation, insieme a otto ulteriori sovvenzioni di partenariato per un totale di 1,1 milioni di dollari che sono state utilizzate per espandere la portata del progetto. L’obiettivo era inizialmente scansionare solo esemplari conservati in alcol etilico, che rappresentano la maggior parte delle collezioni di pesci, rettili e anfibi. Anche i campioni troppo grandi per la conservazione dei fluidi difficilmente potrebbero essere inseriti in uno scanner TC, ma i ricercatori erano riluttanti a lasciarli fuori.

Una sovvenzione di partenariato al Museo di storia naturale dell’Idaho è stata utilizzata per creare un modello digitale di una megattera. L’intero campione era troppo grande per essere scansionato con una risoluzione sufficiente, quindi i ricercatori hanno smontato scrupolosamente lo scheletro, prodotto modelli 3D di ogni singolo osso, quindi hanno rimontato il campione fisico e digitale.

Anche gli esemplari di dimensioni moderate a volte richiedevano un po’ di ingegno, come nel caso di una serie di iconiche tartarughe presso la California Academy of Sciences.

“Hanno la più grande collezione di tartarughe delle Galapagos al mondo. Queste non sono cose che si mettono in scatole e si prestano”, ha detto Blackburn.

Utilizzando i fondi provenienti da un’altra sovvenzione di partenariato, i membri dello staff curatoriale hanno dovuto trovare un modo per fotografare ciascuna tartaruga con una rotazione di 360 gradi. Fotografare le loro parti inferiori era problematico, poiché i loro gusci ricurvi rendevano impossibile mantenerli in posizione verticale. Dopo alcuni tentativi ed errori, hanno deciso di posizionare i campioni sopra dei tubi gonfiabili.

Gli scienziati hanno già utilizzato i dati del progetto per ottenere informazioni sorprendenti sul mondo naturale.

Nel 2023, Edward Stanley stava conducendo scansioni TC di routine di topi spinosi e fu sorpreso di scoprire che le loro code erano ricoperte da uno strato interno di placche ossee, chiamate osteodermi. Prima di questa scoperta, gli armadilli erano considerati gli unici mammiferi viventi con queste strutture.

“Tutti i tipi di cose ti saltano agli occhi mentre stai effettuando la scansione”, ha detto Stanley. “Studio gli osteodermi e, per caso o per caso, mi è capitato di essere io a scansionare quei particolari esemplari in quel particolare giorno e ho notato qualcosa di strano nelle loro code ai raggi X. Succede sempre. Abbiamo trovato tutti i tipi di cose strane e inaspettate.”

Le scansioni TC di OVert sono state utilizzate anche per determinare cosa ha ucciso un serpente della corona di roccia, considerato la specie di serpente più rara del Nord America. Un altro studio ha dimostrato che un gruppo di rane chiamate rospi zucca erano diventati così piccoli che i canali pieni di liquido nelle loro orecchie che conferiscono equilibrio non funzionavano più correttamente, facendoli atterrare durante il salto. Uno studio massiccio su più di 500 esemplari oVert ha rivelato che le rane hanno perso e riacquistato i denti più di 20 volte nel corso della loro storia evolutiva. E ancora un altro studio lo ha concluso Spinosauroun enorme dinosauro che era più grande di tirannosauro Rex e pensato per essere acquatico, sarebbe stato in realtà un cattivo nuotatore, e quindi probabilmente sarebbe rimasto sulla terra.

E l’elenco potrebbe continuare, pieno di intuizioni e idee che sarebbero state impossibili o impraticabili prima dell’inizio del progetto. “Ora che ci stiamo lavorando da così tanto tempo, disponiamo di un’ampia impalcatura che ci consente di avere una visione più ampia delle questioni evolutive”, ha affermato Stanley.

Il valore di OVert si estende anche oltre l’indagine scientifica. Gli artisti hanno utilizzato i modelli 3D per creare repliche realistiche di animali, fotografie di esemplari scoperti sono state esposte come reperti museali e gli esemplari sono stati incorporati in visori per realtà virtuale che offrono agli utenti la possibilità di interagire con loro e manipolarli.

I modelli aperti sono utilizzati anche dagli educatori. Fin dall’inizio del progetto, Blackburn e i suoi colleghi hanno voluto porre un forte accento sulla sensibilizzazione delle scuole primarie e secondarie. Hanno organizzato workshop in cui gli insegnanti potevano imparare a utilizzare i dati nelle loro classi.

“È stato un punto di svolta per la mia unità di evoluzione”, ha detto Jennifer Broo, un’insegnante di scuola superiore a Cincinnati. “Insegno a studenti junior e senior e li adoro assolutamente, ma possono essere un pubblico difficile. Sanno quando le cose sono false, il che li rende meno coinvolti. Utilizzando i modelli oVert, puoi insegnare concetti a un livello appropriato mantenendo allo stesso tempo l’autenticità della scienza. La mia classe è migliorata moltissimo perché ho avuto l’opportunità di lavorare ed esporre i miei studenti a dati reali.”

Non c’è praticamente limite al numero di cose per cui OVert potrebbe essere utilizzato. La sfida più grande sarà creare strumenti sufficientemente sofisticati per analizzare i dati. Mai prima d’ora così tanti esemplari di storia naturale in 3D sono stati disponibili al pubblico e immediatamente accessibili, e ci vorranno ulteriori sviluppi nell’apprendimento automatico e nel supercalcolo per sfruttarli al massimo delle loro potenzialità.

“La generazione dei dati è solo l’inizio”, ha affermato Jaimi Gray, un associato post-dottorato presso il Museo della Florida che sta lavorando a NoCTURN (Non-Clinical Tomography Users Research Network), un progetto sviluppato verso la fine di oVert per utilizzare al meglio la TC scansioni possibili. “Lo scopo di oVert è sempre stato quello di facilitare l’esplorazione della diversità dei vertebrati. Continueremo a esplorare, ma l’obiettivo di NoCTURN è fornire alle persone gli strumenti per utilizzare i dati, sia che si tratti di ricerca, istruzione o industria.”