Цинхай-Тибетское нагорье, известное как «Третий полюс Земли», является одним из мировых центров биоразнообразия. Здесь обитает большое количество редких видов, эндемичных для нагорья — таких как Saussurea involucrata (снежный лотос), Rhodiola rosea, Ophiocordyceps sinensis (кордицепс китайский), тибетская антилопа и пищуха высокогорная. Эти виды являются не только критически важными компонентами экосистемы Цинхай-Тибетского нагорья, но и важными элементами национальной стратегии по сохранению зародышевой плазмы.

Национальный банк зародышевой плазмы Цинхай-Тибетского нагорья, возглавляемый Северо-Западным институтом биологии плато Китайской академии наук, представляет собой специализированную национальную платформу, ориентированную на высокогорные и высокогорные экологические среды с высоким уровнем УФ-излучения. Он выполняет две ключевые задачи: во-первых, служить долгосрочным «Ноевым ковчегом» для сохранения эндемичных видов плато; во-вторых, предоставлять фундаментальную поддержку данных для исследований по сохранению биоразнообразия, а также для разработки и использования ресурсов зародышевой плазмы.

• Потеря и деградация физических образцов: Насекомые подвержены повреждению молью, плесенью и охрупчиванием; гербарные образцы со временем выцветают, сжимаются и деформируются; а образцы, хранящиеся в жидкостях, искажают форму и цвет из-за испарения консерванта. Эндемичные виды высокогорных/альпийских зон и типовые образцы Цинхай-Тибетского нагорья исключительно редки, в то время как экстремальные факторы окружающей среды — такие как сильный холод, интенсивное УФ-излучение и резкие суточные колебания температуры — приводят к быстрой потере морфологии физических образцов после сбора.

• Отсутствие 3D-морфологических данных: Текущая оцифровка в гербариях и музеях образцов в основном сосредоточена на каталогизации этикеток образцов и создании 2D-фотографий. Хотя это полностью фиксирует детали сбора и общий внешний вид, это не позволяет сохранить ключевые 3D-таксономические признаки, такие как углы ветвления жилок крыльев, углубления воротничка, пространственное расположение жабр или микроструктура поверхности семян.

• Обмен информацией ограничен физической доступностью: Физические образцы ограничены условиями хранения, политикой выдачи на время и правилами защиты исчезающих видов, что затрудняет проведение повторных исследований для удаленных исследователей. Отсутствие 3D-морфологических данных препятствует совместным исследованиям и популяризации науки.

Рисунок: Gentiana lineata, представленная в «Иллюстрированном руководстве по диким сосудистым растениям Национального парка Санцзянъюань», составленном Северо-Западным институтом биологии плато Китайской академии наук.

Хотя концепция 3D-цифровизации широко признана, существующие технологические подходы сталкиваются с препятствиями при применении к биологическим образцам, что затрудняет их широкомасштабное внедрение:

• 3D-сканирование лазером: Обычно выдает только белые геометрические сетки без передачи естественного цвета и текстуры образца. Требуется дополнительная ручная регистрация цветовых текстур — фрагментированный процесс с непоследовательной точностью.

• 3D-сканирование структурированным светом: Ограниченное поле зрения требует от операторов многократного переворачивания и сканирования образцов перед их сшивкой. Это представляет высокий риск физического повреждения хрупких, изъеденных молью или деликатных образцов на булавках. Ручная постобработка для выравнивания текстур может занимать от часов до дней на один объект, что не масштабируется для коллекций, содержащих десятки тысяч образцов.

• Ручная фотограмметрия: Традиционная фотограмметрия в значительной степени зависит от опыта оператора при установке углов камеры, фокусных расстояний и условий освещения. Выравнивание облаков точек подвержено образованию пробелов и растягивающим искажениям. Различия между разными операторами приводят к непоследовательной точности моделей и цветопередаче, что затрудняет соответствие стандартизированным требованиям к архивированию исследовательского уровня.

• Образцы, требующие срочной обработки: Грибные плодовые тела и свежие цветы должны быть оцифрованы в короткие сроки. Традиционный цикл моделирования значительно превышает окно эффективного сохранения для этих образцов, что приводит к необратимой потере 3D-морфологических данных.

Система быстрой 3D-цифровой конструкции образцов JLM-Lifetech объединяет высокоточный оптический массив изображений, автоматизированное получение изображений и интеллектуальные алгоритмы 3D-реконструкции. Она упрощает профессиональное 3D-моделирование до трехэтапного процесса: «Поместить образец → Начать одним щелчком → Просмотреть модель». Всего за ~15 минут она создает высококачественный цветной 3D-цифровой двойник с обзором на 720 градусов, предоставляя основу 3D-морфологических данных исследовательского уровня, не выцветающих и доступных для удаленного обмена, для сохранения биоразнообразия Цинхай-Тибетского нагорья и строительства банка зародышевой плазмы.

• Автоматизированное моделирование одним щелчком для непрерывного пакетного архивирования: Встроенные интеллектуальные алгоритмы автоматически выполняют получение изображений — расчет облака точек — оптимизацию сетки — наложение текстур, не требуя ручной настройки параметров или постобработки. Время моделирования одного образца составляет примерно 15–20 минут.

  • Ценность применения на плато: Банк зародышевой плазмы содержит огромное количество образцов, ожидающих оцифровки; эта система поддерживает быстрое многопакетное моделирование для постоянного продвижения прогресса.

• Неразрушающее получение данных под полным углом 720°: Уникальный массив линз и дизайн светового поля позволяют получать данные под полным углом за один снимок без переворачивания образца, избегая износа ценных образцов.

  • Ценность применения на плато: На плато встречается множество свежих, хрупких и легко повреждаемых образцов. Неразрушающее получение данных этой системой устраняет риски физического обращения, позволяя безопасно оцифровывать каждый редкий образец.

• Высококачественное восстановление цвета и мелкой микроструктуры: Система точно воспроизводит ключевые таксономические признаки, такие как морфология воротничка, текстуры жилок крыльев, эпидермальные складки и цвет поперечного среза лекарственных материалов. Программное обеспечение также поддерживает виртуальные 3D-измерения (длина, ширина, угол, площадь проекции, глубина бороздки и т. д.), непосредственно служащие морфометрическим и численным таксономическим исследованиям.

  • Ценность применения на плато: Альпийские растения часто обладают особыми пигментными накоплениями, адаптированными к интенсивному УФ-излучению (например, белые шерстистые волоски снежного лотоса или красные корневища Rhodiola). Эти цветовые характеристики являются критически важными показателями для таксономии и экологической адаптации; высококачественное восстановление цвета гарантирует, что эта жизненно важная информация никогда не будет утеряна.

• Экспорт в универсальном формате + модуль управления цифровым гербарием: Прямой экспорт в универсальные 3D-форматы OBJ и поддержка 3D-печати. Интегрированный с модулем управления цифровым гербарием, он обеспечивает онлайн-отображение и обмен данными через несколько терминалов, а также подключение к иммерсивным интерактивным устройствам для расширения возможностей исследований и популяризации науки.

  • Ценность применения на плато: Удаленные сотрудники могут просматривать 3D-модели через общие ссылки, не приезжая на плато. Они могут выполнять морфологические измерения и таксономические сравнения, значительно снижая затраты на сотрудничество и преодолевая географические барьеры.

Рисунок: Оцифровка ресурсов зародышевой плазмы, проведенная Северо-Западным институтом биологии плато с использованием системы быстрой 3D-цифровой конструкции образцов JLM-Lifetech.

Сохранение биоразнообразия

• Станции мониторинга биоразнообразия в заповедниках

• Центры спасения диких животных и станции мониторинга источников эпидемий/болезней

• Таможенные пункты карантина растений / комнаты образцов векторов санитарного карантина (идентификация инвазивных видов)

• Музеи естественной истории и базы естественнонаучного образования

Применение ресурсов зародышевой плазмы

• Национальные и провинциальные банки зародышевой плазмы диких биологических видов

• Питомники зародышевой плазмы сельскохозяйственных культур и фермы по сохранению генетических ресурсов

• Питомники ресурсов лекарственных растений и музеи образцов традиционной китайской медицины

• Гербарии/хранилища образцов на кафедрах ботаники, зоологии и энтомологии университетов и научно-исследовательских институтов