Vision AI меняет способы изучения сегментированных червей

Сегментированные черви — это организмы, принадлежащие к типу Annelida, группе мягкотелых беспозвоночных, которая включает в себя такие известные виды, как дождевые черви, пиявки и полихеты.

Их называют сегментированными червями, потому что их тела состоят из повторяющихся секций, что отличает их от многих других групп.

Распространенным примером сегментированного червя является дождевой червь, часто встречающийся в почве после дождя, но многие виды также живут в пресноводных и морских средах обитания. Эти черви играют решающую роль в поддержании баланса природных экосистем.

Например, дождевые черви повышают плодородие почвы, что позволяет растениям более эффективно расти. Между тем, пиявки использовались в медицине на протяжении веков, и некоторые виды до сих пор изучаются на предмет их способности улучшать окружающую среду.  

Кроме того, изучение сегментированных червей помогает ученым понимать экосистемы и отслеживать изменения в окружающей среде. Их присутствие или отсутствие может сигнализировать о здоровье почвы, рек или прибрежных зон.

Однако наблюдение за червями вручную может быть трудоемким и сложным. Именно поэтому ученые внедряют такие технологии, как компьютерное зрение. Компьютерное зрение — это раздел искусственного интеллекта, который позволяет машинам анализировать и интерпретировать изображения, что позволяет более эффективно обнаруживать и изучать сегментированных червей.

В этой статье мы подробно рассмотрим сегментированных червей, их характеристики и то, как модели компьютерного зрения, такие как Ultralytics YOLO11, могут помочь при их анализе. Начнем! 

Обзор типа кольчатых червей (Annelida)

Прежде чем изучать роль компьютерного зрения в этой области исследований, давайте подробнее рассмотрим, что делает сегментированных червей уникальными и как они помогают поддерживать баланс в природе. Понимая их роль, мы можем увидеть, почему изучение этих существ так важно для здоровья экосистемы. Начнем с того, как классифицируются эти организмы.

Сегментированные черви принадлежат к большой группе, называемой кольчатыми червями, которую ученые делят на три основных класса. Первый класс — Oligochaeta, к которому относятся дождевые черви. Они живут в почве, роют норы и помогают перерабатывать питательные вещества. Их постоянное движение улучшает здоровье почвы и облегчает рост растений.

Вторая группа — класс Hirudinea, который включает пиявок. Большинство пиявок живут в пресноводных средах обитания. Некоторые из них — безвредные падальщики, а другие — кровососущие, такие как Hirudo medicinalis, вид, который использовался в медицине на протяжении сотен лет.

Третья группа — это класс Polychaeta, также называемые многощетинковыми червями, червями-ершиками, щетинковыми червями или трубчатыми червями. Они распространены в морской среде, где некоторые строят защитные трубки в песке и камнях, а другие свободно плавают в воде.

В настоящее время таксономия часто объединяет дождевых червей и пиявок в Clitellata, а остальных помещает в Polychaeta, хотя традиционная система из трех классов все еще широко используется в образовании.

‍

Более пристальный взгляд на анатомию сегментированных червей 

Далее давайте рассмотрим анатомию сегментированных червей, чтобы увидеть, как устроено их тело и как каждая часть помогает им выживать и двигаться.

Тело кольчатого червя состоит из повторяющихся единиц, называемых сегментами, поэтому их часто описывают как имеющие сегментированное тело. Ученые также используют термин «метамерный» для описания этой структуры.

‍

Каждый сегмент тела может содержать мышцы, нервы и части внутренних органов, которые помогают червю двигаться с гибкостью и контролем. Многие виды имеют небольшие щетинки, известные как chaetae или setae. У полихет эти щетинки прикреплены к параподиям, которые представляют собой парные придатки, используемые для ползания, плавания или дыхания.

Другие ключевые структуры включают стенку тела, которая формирует и поддерживает червя, и тонкую внешнюю кутикулу, которая служит защитой. В передней части находится простомиум, головной отдел, который часто несет сенсорные органы. 

Внутри, заполненная жидкостью полость, называемая целомом, смягчает органы и помогает в движении. Длинные мышцы тела разделены тонкими стенками, известными как септы, что придает червю силу и гибкость. Кроме того, вдоль нижней стороны проходит брюшной нервный ствол, основной путь связи, который позволяет червю чувствовать окружающую среду и быстро реагировать на нее.

Как живут и двигаются кольчатые черви

Теперь, когда у нас есть лучшее представление о частях сегментированного червя, давайте посмотрим, как эти особенности работают вместе, чтобы помочь им двигаться и выживать.

Сегментированные черви передвигаются по-разному, в зависимости от их группы и среды обитания. Передвижение дождевых червей обеспечивается их мускулами и заполненным жидкостью целомом. Сокращая и расслабляя продольные мышцы, они создают давление, которое позволяет им вытягиваться, сокращаться и рыть норы в почве.

‍

В океане полихеты плавают или ползают с помощью параподий и крошечных щетинок, которые придают им большую гибкость в движении. Пищеварительная система сегментированных червей имеет два отверстия, начинаясь у рта с мускулистой глотки. Пища проходит через пищеварительный тракт, где питательные вещества всасываются, прежде чем отходы покидают тело.

У кольчатых червей также замкнутая кровеносная система, в которой кровь движется по кровеносным сосудам. Эта система более эффективна, чем открытая циркуляция, встречающаяся у многих других беспозвоночных. Нервная система проста, но эффективна. Она включает в себя скопления нервных клеток, называемые ганглиями, и брюшной нервный ствол, который проходит по всей длине тела.

Роль сегментированных червей в экосистеме 

Как кольчатые черви устроены природой, и как они двигаются — ключевая часть их роли в окружающей среде. Теперь давайте рассмотрим, почему они важны и почему исследователи обращаются к передовым технологиям, чтобы лучше понять эти организмы.

Сегментированные черви играют важную роль в поддержании баланса экосистем. Дождевые черви улучшают плодородие почвы, перемещаясь по почвенным норам и разлагая органические вещества. Питаясь и прокладывая туннели, они перемешивают питательные вещества в почве, что помогает растениям расти. Благодаря этому ученые часто используют дождевых червей в качестве биоиндикаторов для измерения здоровья почвы.

‍

В воде многие сегментированные черви действуют как фильтраторы. Они перерабатывают частицы из окружающей среды и помогают поддерживать чистоту пресноводных и морских сред. Другие служат пищей для рыб и более крупных животных, являясь важным звеном в водных пищевых цепях.

Хотя сегментированные черви часто играют полезную роль, некоторые морские виды могут вызывать биообрастание — накопление организмов на судах или трубопроводах, что приводит к дорогостоящим проблемам для промышленности.

С другой стороны, пиявки выделяются своей медицинской значимостью. Некоторые виды, такие как Hirudo medicinalis, питаются кровью и веками использовались в методах лечения, улучшающих кровообращение.

Исследования, связанные с сегментированными червями, подчеркивают их сходство с другими группами животных, такими как членистоногие и позвоночные, что позволяет ученым лучше понимать типы животных и эволюционную историю.

Проблемы наблюдения и анализа сегментированных червей

Наблюдение и анализ сегментированных червей в их естественной среде обитания может быть сложной задачей. Внешний вид и движения сегментированных червей затрудняют их отслеживание визуально. 

Однако Vision AI может облегчить эту задачу. Компьютерное зрение анализирует и интерпретирует изображения, позволяя исследователям обнаруживать сегментированных червей более последовательно и в масштабе.

Вот некоторые конкретные задачи, которые может решать компьютерное зрение:

• Маскировка в почве и воде: Многие сегментированные черви сливаются с окружающей средой. В почве или на морских субстратах их цвета и текстуры затрудняют их обнаружение.
  
  
• Разнообразные позы: В зависимости от своей активности черви могут быть вытянутыми, свернутыми или частично скрытыми, что создает проблемы для последовательного распознавания.
  
  
• Подсчет группами: Когда много червей собираются вместе, исследователям трудно обнаружить и точно подсчитать отдельных особей на глаз.
  
  
• Небольшой размер и тонкие особенности: Черви часто имеют тонкие щетинки или отметины на теле, которые трудно заметить во время полевых исследований.

Использование компьютерного зрения для изучения сегментированных червей

Традиционно изучение сегментированных червей в полевых или лабораторных условиях основывалось на тщательном наблюдении и ручном подсчете. Но незначительные изменения в позе, загроможденный фон и малый размер многих видов затрудняют точную идентификацию даже для опытных исследователей.

Компьютерное зрение предлагает более масштабируемый и надежный подход. Анализируя изображения автоматически, его можно использовать для обнаружения червей, классификации их по группам и даже отслеживания их перемещений во времени. Это уменьшает объем ручной работы, повышая при этом точность и воспроизводимость.

В основе таких решений Vision AI лежат модели, такие как YOLO11, которые поддерживают различные задачи, такие как обнаружение объектов и сегментация экземпляров. YOLO11 можно обучить на специализированных наборах данных изображений червей из почвы, лабораторных чашек или подводных камер. После обучения модель может распознавать уникальные формы и текстуры различных червей, что делает обнаружение более точным и последовательным в различных средах.

Vision AI в действии: обнаружение коконов дождевых червей

Компьютерное зрение уже используется для ускорения и повышения практичности исследований сегментированных червей. Один интересный пример — вермикомпостирование, когда дождевые черви перерабатывают органические отходы в богатое питательными веществами удобрение. 

Коконы червей имеют ключевое значение, поскольку они производят следующее поколение червей, но отделение их от компоста вручную — это медленный и трудный процесс. В 2022 году исследователи в Турции разработали систему на базе Vision AI для обнаружения и сортировки дождевых червей в реальном времени. Система была обучена на тысячах изображений для распознавания крошечных круглых коконов, спрятанных в компосте.

Затем его подключили к конвейерной ленте с воздушными форсунками, которые автоматически отделяли коконы от компоста. Автоматизируя обнаружение коконов, система экономит время и трудозатраты, снижает затраты и делает производство вермикомпоста более эффективным и устойчивым.

За пределами червей: Более широкое применение Vision AI в биологии

Возможно, вам интересно, если компьютерное зрение можно использовать для изучения червей, что еще оно может делать? Помимо червей, Vision AI имеет широкое применение в биологии. 

Такие модели, как YOLO11, используются для мониторинга насекомых, отслеживания рыбы в реках и океанах и даже для изучения здоровья почвы с помощью анализа изображений. Эти достижения предоставляют исследователям более быстрые и надежные способы изучения животных и экосистем, поддерживая сохранение и мониторинг окружающей среды в большем масштабе.

Основные выводы

Сегментированные черви являются частью типа Annelida, который включает в себя такие известные виды, как дождевые черви, пиявки и полихеты. Они являются важной частью нашей экосистемы, поскольку улучшают плодородие почвы, поддерживают водные пищевые цепи и вносят вклад в медицину.

Изучение сегментированных червей в почве или воде может быть сложной задачей. С помощью моделей компьютерного зрения, таких как Ultralytics YOLO11, исследователи могут более точно обнаруживать эти организмы и изучать их в масштабе.

Хотите узнать больше? Изучите наше сообщество и репозиторий GitHub, чтобы связаться с другими специалистами в области ИИ. Погрузитесь в наши страницы решений об ИИ в розничной торговле и компьютерном зрении в сельском хозяйстве, а также ознакомьтесь с нашими вариантами лицензирования, чтобы начать работу с Vision AI сегодня.