Das Hochland von Qinghai-Tibet, bekannt als der "Dritte Pol der Erde", ist eines der globalen Zentren der Artenvielfalt. Es beherbergt eine große Anzahl seltener, auf dem Plateau endemischer Arten – wie Saussurea involucrata (Schneelotus), Rhodiola rosea, Ophiocordyceps sinensis (Raupenpilz), Tibetantilope und Plateau-Pfeifhase. Diese Arten sind nicht nur entscheidende Bestandteile des Ökosystems des Hochlandes von Qinghai-Tibet, sondern auch wichtige Elemente der nationalen Strategie für Keimplasmaressourcen.

Unter der Leitung des Nordwestlichen Instituts für Plateau-Biologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften ist die Nationale Keimplasma-Bank des Hochlandes von Qinghai-Tibet eine spezialisierte nationale Plattform, die sich auf alpine, hochgelegene und hoch-UV-ökologische Umgebungen konzentriert. Sie verfolgt zwei Hauptaufgaben: Erstens dient sie als langfristige Erhaltungs-"Arche Noah" für auf dem Plateau endemische Arten; zweitens liefert sie grundlegende Datenunterstützung für die Forschung zum Schutz der Artenvielfalt sowie für die Entwicklung und Nutzung von Keimplasmaressourcen.

• Verlust und Degradation physischer Exemplare: Insektenexemplare sind anfällig für Mottenbefall, Schimmel und Versprödung; Herbarmaterial verblasst, schrumpft und verformt sich mit der Zeit; und in Flüssigkeit konservierte Exemplare leiden unter Form- und Farbverzerrungen aufgrund der Verdunstung des Konservierungsmittels. Hochgebirgs-/alpine endemische Arten und Typus-Exemplare des Hochlandes von Qinghai-Tibet sind außergewöhnlich selten, während extreme Umweltfaktoren – wie hohe Kälte, intensive UV-Strahlung und starke tägliche Temperaturschwankungen – dazu führen, dass physische Exemplare nach der Sammlung schnell ihre Morphologie verlieren.

• Mangel an 3D-morphologischen Daten: Die aktuelle Digitalisierung in Herbarien und Exemplarmuseen konzentriert sich hauptsächlich auf die Katalogisierung von Exemplaretiketten und die Erfassung von 2D-Flächenfotografien. Während dies die Sammlungsdetails und das Gesamterscheinungsbild vollständig erfasst, hat es Schwierigkeiten, wichtige 3D-taxonomische Merkmale zu erhalten, wie z. B. Flügeladerverzweigungswinkel, Hilum-Vertiefungen, räumliche Kiemenanordnungen oder die Mikrostruktur der Samenoberfläche.

• Informationsaustausch durch physische Zugänglichkeit eingeschränkt: Physische Exemplare sind durch Lagerbedingungen, Leihrichtlinien und Vorschriften zum Schutz gefährdeter Arten begrenzt, was es für externe Forscher schwierig macht, wiederholte Untersuchungen durchzuführen. Das Fehlen von 3D-morphologischen Daten behindert die kollaborative Forschung und die wissenschaftliche Öffentlichkeitsarbeit.

Abbildung: Gentiana lineata, abgebildet im "Illustrierten Handbuch der wilden Gefäßpflanzen im Nationalpark Sanjiangyuan", zusammengestellt vom Nordwestlichen Institut für Plateau-Biologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften.

Obwohl das Konzept der 3D-Digitalisierung weithin anerkannt ist, stoßen bestehende technologische Ansätze bei der Anwendung auf biologische Exemplare auf Engpässe, was eine groß angelegte Implementierung erschwert:

• 3D-Laserscanning: Liefert typischerweise nur weiße geometrische Netze, ohne die natürliche Farbe und Textur des Exemplars zu erfassen. Es erfordert eine zusätzliche manuelle Registrierung von Farbtexturen – ein fragmentierter Prozess mit inkonsistenter Präzision.

• Strukturlicht-Scanning: Das begrenzte Sichtfeld erfordert, dass die Bediener Exemplare wiederholt umdrehen und scannen, bevor sie sie zusammenfügen. Dies birgt ein hohes Risiko physischer Schäden an spröden, mottenzerfressenen oder empfindlichen, auf Nadeln montierten Exemplaren. Die manuelle Nachbearbeitung zur Texturausrichtung kann Stunden bis Tage pro Objekt dauern und ist für Sammlungen mit Zehntausenden von Exemplaren nicht skalierbar.

• Manuelle Photogrammetrie: Die traditionelle Photogrammetrie stützt sich stark auf die Erfahrung des Bedieners bei der Einstellung von Kamerapositionen, Brennweiten und Lichtverhältnissen. Die Punktwolkenausrichtung ist anfällig für Lücken und Dehnungsverzerrungen. Variationen zwischen verschiedenen Bedienern führen zu inkonsistenter Modellgenauigkeit und Farbtreue, was es schwierig macht, standardisierte, forschungsrelevante Archivierungsanforderungen zu erfüllen.

• Zeitkritische Proben: Pilzfruchtkörper und frische Blumen müssen innerhalb eines kurzen Zeitraums digitalisiert werden. Der traditionelle Modellierungszyklus überschreitet bei weitem das effektive Konservierungsfenster für diese Proben, was zu einem dauerhaften Verlust von 3D-morphologischen Daten führt.

Das JLM-Lifetech 3D Digital Specimen Rapid Construction System integriert ein hochpräzises optisches Bildgebungsarray, automatisierte Bilderfassung und intelligente 3D-Rekonstruktionsalgorithmen. Es vereinfacht die professionelle 3D-Modellierung zu einem dreistufigen Prozess: "Probe platzieren → Ein-Klick-Start → Modell anzeigen". In nur ca. 15 Minuten wird ein 720-Grad-Farbbild-3D-Digital-Twin mit hoher Wiedergabetreue erstellt, das eine forschungsrelevante, nicht verblassende und ferngesteuert teilbare 3D-morphologische Datenbasis für den Schutz der Artenvielfalt und den Aufbau der Keimplasma-Bank des Hochlandes von Qinghai-Tibet liefert.

• Ein-Klick-automatisierte Modellierung für kontinuierliche Stapelarchivierung: Integrierte intelligente Algorithmen führen automatisch die Bilderfassung – Punktwolkenberechnung – Netzoptimierung – Texturabbildung durch, ohne manuelle Parametereinstellung oder Nachbearbeitung. Die Modellierungszeit pro Exemplar beträgt etwa 15–20 Minuten.

  • Wert für Plateau-Anwendungen: Die Keimplasma-Bank verfügt über eine riesige Anzahl von zu digitalisierenden Exemplaren; dieses System unterstützt die schnelle Stapelmodellierung, um den Fortschritt kontinuierlich voranzutreiben.

• 720°-nicht-destruktive Vollwinkel-Erfassung: Ein einzigartiges Linsenarray und ein Lichtfeld-Design erfassen Vollwinkeldaten in einem einzigen Durchgang, ohne die Probe umdrehen zu müssen, wodurch Verschleiß an wertvollen Exemplaren vermieden wird.

  • Wert für Plateau-Anwendungen: Das Plateau liefert zahlreiche frische, zerbrechliche und leicht beschädigbare Exemplare. Die nicht-destruktive Erfassung dieses Systems eliminiert Risiken durch physische Handhabung und ermöglicht die sichere Digitalisierung jedes seltenen Exemplars.

• Hohe Wiedergabetreue von Farbe und feiner Mikrostruktur: Das System reproduziert präzise wichtige taxonomische Merkmale wie Hilum-Morphologie, Flügeladertexturen, Epidermisfalten und die Querschnittsfarbe von Heilmaterialien. Die Software unterstützt auch virtuelle 3D-Messungen (Länge, Breite, Winkel, projizierte Fläche, Rillentiefe usw.) und dient direkt der morphometrischen und numerischen Taxonomieforschung.

  • Wert für Plateau-Anwendungen: Alpine Pflanzen besitzen oft spezielle Pigmentansammlungen, die an intensive UV-Strahlung angepasst sind (z. B. die weißen wolligen Haare des Schneelotus oder die roten Rhizome von Rhodiola). Diese Farbeigenschaften sind entscheidende Indikatoren für Taxonomie und ökologische Anpassung; die hochgetreue Farbwiedergabe stellt sicher, dass diese wichtigen Informationen niemals verloren gehen.

• Export in universellen Formaten + Modul für digitales Herbarium-Management: Exportiert direkt universelle OBJ 3D-Formate und unterstützt 3D-Druck. Integriert mit einem digitalen Herbarium-Management-Modul ermöglicht es die Online-Anzeige und -Freigabe über mehrere Terminals sowie die Verbindung zu immersiven interaktiven Geräten, um Forschungs- und Wissenschaftskommunikationsfähigkeiten zu erweitern.

  • Wert für Plateau-Anwendungen: Remote-Kollaborateure können 3D-Modelle über Freigabelinks aus der Ferne einsehen, ohne zum Plateau reisen zu müssen. Sie können morphologische Messungen und taxonomische Vergleiche durchführen, was die Kollaborationskosten drastisch reduziert und geografische Barrieren überwindet.

Abbildung: Digitalisierung von Keimplasmaressourcen, durchgeführt vom Nordwestlichen Institut für Plateau-Biologie mit dem JLM-Lifetech 3D Digital Specimen Rapid Construction System.

Schutz der Artenvielfalt

• Artenvielfalts-Erhebungsstationen in Naturschutzgebieten

• Wildtierrettungszentren und Stationen zur Überwachung von Krankheitserregern/Krankheiten

• Pflanzenquarantäne / Vektor-Exemplarräume für Gesundheitsquarantäne (Identifizierung invasiver Arten)

• Naturkundemuseen und naturwissenschaftliche Bildungsstätten

Anwendungen von Keimplasmaressourcen

• Nationale und provinzielle Keimplasma-Banken für Wildbiologie

• Saatgut-Keimplasma-Anlagen und Farmen zur Erhaltung genetischer Ressourcen

• Anzuchtbetriebe für Heilpflanzenressourcen und Museen für traditionelle chinesische Medizin-Exemplare

• Herbarien/Exemplarlager in botanischen, zoologischen und entomologischen Abteilungen von Universitäten und Forschungsinstituten