ИИ зрения меняет способ изучения сегментированных червей

Сегментированные черви - это организмы, принадлежащие к филуму Annelida, группе мягкотелых беспозвоночных, включающей такие известные виды, как дождевые черви, пиявки и многощетинковые черви.

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

Обычный пример сегментированного червя - дождевой червь, которого часто можно увидеть в почве после дождя, но многие виды также обитают в пресной и морской среде. Эти черви играют важнейшую роль в поддержании баланса природных экосистем.

Например, дождевые черви повышают плодородие почвы, позволяя растениям расти более эффективно. Между тем пиявки веками использовались в медицине, а некоторые виды до сих пор изучаются на предмет их способности помогать улучшать окружающую среду.  

Кроме того, изучение сегментированных червей помогает ученым понять экосистемы и отследить изменения в окружающей среде. Их присутствие или отсутствие может сигнализировать о состоянии почвы, рек или прибрежных районов.

Однако наблюдение за червями вручную может отнимать много времени и сил. Поэтому ученые используют такие технологии, как компьютерное зрение. Компьютерное зрение - это направление искусственного интеллекта, позволяющее машинам анализировать и интерпретировать изображения, что делает возможным более эффективное обнаружение и изучение 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. Давайте начнем! 

Обзор филума 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. Поняв их роль, мы сможем увидеть, почему изучение этих существ так важно для здоровья экосистемы. Начнем с того, как классифицируются эти организмы.

Сегментированные черви принадлежат к большой группе, называемой аннелидами, которую ученые делят на три основных класса. Первая группа - это класс Oligochaeta, в который входят дождевые черви. Они живут в почве, роют норы и помогают перерабатывать питательные вещества. Их постоянное движение улучшает состояние почвы и облегчает рост растений.

Вторая группа - класс Hirudinea, в который входят пиявки. Большинство пиявок обитает в пресных водоемах. Некоторые из них - безобидные падальщики, другие - кровососы, как, например, Hirudo medicinalis, вид, который используется в медицине уже сотни лет.

Третья группа - класс Polychaeta, также называемый многощетинковыми червями, перьевыми червями, щетинковыми червями или трубчатыми червями. Они распространены в морской среде, где одни строят защитные трубки в песке и камнях, а другие свободно плавают в воде.

В настоящее время в таксономии дождевых червей и пиявок часто относят к Clitellata, а остальных - к Polychaeta, хотя традиционная трехклассовая система все еще широко используется в образовании.

‍

Более пристальный взгляд на анатомию сегментированных червей 

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

Тело аннелид состоит из повторяющихся частей, называемых сегментами, поэтому их часто называют сегментированными. Ученые также используют термин "метамерный" для описания этой структуры.

‍

Каждый сегмент тела может содержать мышцы, нервы и части внутренних органов, которые помогают червям двигаться гибко и управляемо. У многих видов есть небольшие щетинки, известные как хаэты или сеты. У полихет эти щетинки прикреплены к параподиям - парным придаткам, используемым для ползания, плавания или дыхания.

Другие ключевые структуры включают стенку тела, которая формирует и поддерживает червя, и тонкую наружную кутикулу, служащую защитой. В передней части находится простомиум, похожий на голову, в котором часто располагаются органы чувств. 

Внутри заполненная жидкостью полость, называемая кишечником, амортизирует органы и помогает двигаться. Длинные мышцы тела разделены тонкими перегородками, называемыми септами, что придает червю силу и гибкость. Кроме того, вдоль нижней части тела проходит вентральный нервный шнур - главный коммуникационный путь, позволяющий червю чувствовать и быстро реагировать на окружающую обстановку.

Как живут и передвигаются сегментированные черви

Теперь, когда мы имеем представление о частях сегментированного червя, давайте посмотрим, как они работают вместе, чтобы помочь им двигаться и выживать.

Сегментированные черви передвигаются по-разному в зависимости от своей группы и окружающей среды. Локомоция дождевых червей обеспечивается их мышцами и заполненной жидкостью кишечной оболочкой. Сокращая и расслабляя продольные мышцы, они создают давление, которое позволяет им вытягиваться, сжиматься и рыть норы в почве.

‍

В океане полихеты плавают или ползают с помощью параподий и крошечных щетинок, которые придают им большую гибкость в передвижении. Пищеварительная система сегментированных червей имеет два отверстия, начинающиеся во рту с мускулистой глоткой. Пища проходит через пищеварительный тракт, где питательные вещества всасываются, прежде чем отходы покинут организм.

У аннелид также закрытая система кровообращения, в которой кровь движется по кровеносным сосудам. Эта система более эффективна, чем открытое кровообращение, характерное для многих других беспозвоночных. Нервная система проста, но эффективна. Она включает в себя скопления нервных клеток, называемые ганглиями, и вентральный нервный шнур, проходящий по всей длине тела.

Роль сегментированных червей в экосистеме 

То, как сегментированные черви устроены природой и как они передвигаются, является ключевой частью их роли в окружающей среде. Давайте разберемся, чем они так важны и почему исследователи обращаются к передовым технологиям, чтобы лучше понять эти организмы.

Сегментированные черви играют важную роль в поддержании баланса экосистем. Земляные черви повышают плодородие почвы, перемещаясь по норам и расщепляя органические вещества. Питаясь и прокладывая тоннели, они перемешивают питательные вещества в почве, что способствует росту растений. Поэтому ученые часто используют дождевых червей в качестве биоиндикаторов для определения состояния почвы.

‍

В воде многие сегментированные черви выполняют роль фильтраторов. Они перерабатывают частицы из окружающей среды и помогают поддерживать чистоту пресной и морской воды. Другие служат пищей для рыб и более крупных животных, что делает их жизненно важным звеном в водных пищевых цепях.

Хотя сегментированные черви часто играют полезную роль, некоторые морские виды могут вызывать биообрастание - скопление организмов на кораблях или трубопроводах, которое приводит к дорогостоящим проблемам для промышленности.

С другой стороны, пиявки выделяются своим медицинским значением. Некоторые виды, например Hirudo medicinalis, питаются кровью и уже много веков используются для лечения, улучшающего кровообращение.

Исследования, связанные с сегментированными червями, подчеркивают их сходство с другими группами животных, такими как членистоногие и позвоночные, что позволяет ученым глубже изучить животные филы и историю эволюции.

Трудности при наблюдении и анализе сегментированных червей

Наблюдение и анализ сегментированных червей в их естественной среде обитания может оказаться непростой задачей. Из-за того, что сегментированные черви выглядят и двигаются, за ними трудно уследить на глаз. 

Однако искусственное зрение может облегчить эту задачу. Компьютерное зрение анализирует и интерпретирует изображения, позволяя исследователям обнаруживать сегментированных червей более последовательно и масштабно.

Вот некоторые из специфических задач, которые может решить компьютерное зрение:

• Камуфляж в почве и воде: Многие сегментированные черви сливаются с окружающей средой. В почве или на морских субстратах их цвет и текстура не позволяют их заметить.
  
  
• Разнообразные позы: В зависимости от активности черви могут быть вытянуты, свернуты или частично спрятаны, что создает трудности для последовательного распознавания.
  
  
• Подсчет в группах: Когда много червей скапливаются вместе, исследователям трудно обнаружить и точно подсчитать особей на глаз.
  
  
• Небольшой размер и малозаметные 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 основывается на тщательном наблюдении и ручном подсчете. Однако тонкие изменения позы, загромождение фона и малый размер многих видов затрудняют точную идентификацию даже для опытных исследователей.

Компьютерное зрение предлагает более масштабируемый и надежный подход. Благодаря автоматическому анализу изображений с его помощью можно обнаруживать червей, классифицировать их по группам и даже отслеживать их перемещение во времени. Это снижает трудозатраты на ручную работу, повышая точность и воспроизводимость результатов.

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

Vision AI в действии: Обнаружение коконов земляных червей

Компьютерное зрение уже используется для ускорения и повышения практичности исследований сегментированных червей. Один из интересных примеров связан с вермикомпостированием, когда дождевые черви перерабатывают органические отходы в богатое питательными веществами удобрение. 

Коконы червей имеют ключевое значение, поскольку из них вырастает следующее поколение червей, но отделять их от компоста вручную медленно и сложно. В 2022 году исследователи из Турции разработали систему Vision с искусственным интеллектом для обнаружения и сортировки коконов дождевых червей в режиме реального времени. Система была обучена на тысячах изображений, чтобы распознавать крошечные круглые коконы, спрятанные в компосте.

Затем он был подключен к конвейеру с воздушными струями, которые автоматически отделяли коконы от компоста. Автоматизация процесса обнаружения коконов позволяет сэкономить время и трудозатраты, снизить расходы и сделать производство вермикомпоста более эффективным и устойчивым.

За пределами червей: Более широкое применение искусственного интеллекта в биологии

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

Модели, подобные YOLO11, используются для мониторинга насекомых, отслеживания рыбы в реках и океанах и даже для изучения состояния почвы с помощью анализа изображений. Эти достижения позволяют исследователям быстрее и надежнее изучать животных и экосистемы, что способствует сохранению природы и экологическому мониторингу в больших масштабах.

Основные выводы

Сегментированные черви относятся к филуму Annelida, в который входят такие знакомые нам виды, как дождевые черви, пиявки и полихеты. Они являются важнейшей частью нашей экосистемы, поскольку повышают плодородие почвы, поддерживают пищевые цепи в водной среде и способствуют развитию медицины.

Изучение сегментированных червей в почве или воде может оказаться непростой 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 пообщаться с другими специалистами в области ИИ. Ознакомьтесь с нашими страницами решений по ИИ в розничной торговле и компьютерному зрению в сельском хозяйстве, а также узнайте о вариантах лицензирования, чтобы начать работу с Vision AI уже сегодня.