Diese Arbeit wurde von The Nature Conservancy und privaten Spendern, Ressourcen Vermächtnis Stiftung Gordon und Betty Moore Foundation, Environmental Defense Fund, Kalifornien Meer Grant Program, NMFS National Cooperative Research Program und einem NOAA finanziert. Saltonstall Kennedy Grant #13-SWR-008. Marine Applied Research and Exploration (Dirk Rosen, Rick Botman, Andy Lauerman und David Jefferies) entwickelt, gebaut und gewartet werden die video-Lander-Tool. Wir bedanken uns bei Jim Seager und SeaGIS™-Software für den technischen Support. Kapitän und kommerzielle Fischer Tim Maricich und crew an Bord die F/V Donna Kathleen bereitgestellten Unterstützung bei der Bereitstellung des Lander von 2012-2015. Vielen Dank an alle, die Videodaten Erfassung oder Analyse (Anne Tagini, Donna Kline, Lt. Amber Payne, Bryon Downey, Marisa Ponte, Rebecca Miller, Matt Merrifield, Walter Heady, Steve Rienecke, EJ Dick und John Field) teilgenommen.

Hinweis: Screenshots der Software Schritte sind als Ergänzende Dateienenthalten. Bitte beachten Sie, dass die unten beschriebenen Software-Schritte für die gewählte Software spezifisch sind (siehe die Tabelle der Materialien). Das Gesamtkonzept kann auf jede Stereo-Softwareplattform erweitert werden.
1. bereiten Sie Stereo-Kamera-Aufnahmen für die Analyse
Hinweis: Die Kalibrierung mit Hilfe eines Kalibrierung Cubes wird empfohlen. Ein Kalibrierung Cube ist eine dreidimensionale Aluminiumrahmen mit exakt positionierten reflektierenden Punkten auf der Oberfläche. Bei Verwendung in Verbindung mit Kalibrierungs-Software führt ein Kalibrierung Cube zu größerer Präzision und Genauigkeit als Schachbrett Ansätze9.
<ol><li>Kalibrieren Sie den Lander Kameras mit Stereo-Kalibrierungs-Software (Abbildung 1 und Abbildung 2; siehe Tabelle der Materialien für eine Software-Empfehlung). Hinweis: Kalibrierung kann überprüft werden vor der Verwendung im Feld durch die Messung der Ziele von bekannten Größen in unterschiedlichen Abständen (siehe ergänzende Video 1). Durchschnittliche Messfehler für ein 50-cm-Ziel in einer Entfernung von 3 m (oder weniger) sollte innerhalb von 2 % der bekannten Ziellänge sein. Beachten Sie auch, dass eine bestimmte Kalibrierung werden nur gültig, wenn die Kamera-Positionen zueinander unverändert bleiben. Es ist wichtig zu kümmern und Vermeidung von unbeabsichtigten drängeln der Kameras bis alle Probenahme durchgeführt wurde.</li>
	<li>Felddaten, die mit der kalibrierten Lander (Abbildung 1, ergänzende Video 2) zu sammeln.</li>
	<li>Nachdem Feldstudie abgeschlossen ist, erstellen Sie einen neuen Projektordner mit Video-und Kalibrierung. Hinweis: In jedem Projekt Ordner muss mindestens fünf Dateien: links und rechts ". Cam"Kalibrierung Dateien, die Links und rechts Videodateien (. MP4 oder. AVI-Format nur), und die Artenliste (.txt-Format).</li>
	<li>In der Stereo-Mess-Software starten ein neues Projekt der Messung und entsprechende Video- und Kalibrierung Dateien zu laden. Hinweis: Screenshots aller Software-Schritte sind unter den Zusätzlichen Dateienzur Verfügung.<ol>
<li>Navigieren Sie zur "Messung" > "Neue Messdatei".</li>
		<li>Legen Sie das Bild-Verzeichnis durch navigieren zu "Bild" > "Set Bild Verzeichnis", und wählen Sie den Ordner mit allen Projektdateien.</li>
		<li>Die linke Kamera laden ". Cam"navigieren zu"Stereo"Datei >"Kameras">"Linke">"Kamera-Datei laden"und die entsprechende Datei auswählen.</li>
		<li>Wiederholen Sie Schritt 1.4.3, die richtige Kamera zu laden ". Cam"Datei Hinweis: Diese Dateien enthalten Kalibrierung Messungen für jede Kamera (z.B., Pixelgröße, Seitenverhältnis, radiale Verzeichnung, Dezentrierung Verzerrung, etc.) und werden verwendet, um Fisch zu messen und berechnen Entfernung von Kamera (d.h., Z (Abstand).</li>
		<li>Definieren der Filmsequenz für die linken Videodatei navigieren zu "Bild" > "definieren Filmsequenz" und die linke Kamera video Datei auswählen.</li>
		<li>Laden Sie die linken Videodatei in Mess-Software durch Auswahl von "Bild" > "Bild laden". Hinweis: Achten Sie darauf, dass das Kontrollkästchen "Sperren" deaktiviert ist, bevor Sie video-Dateien laden. Dadurch können beide Videos gleichzeitig geladen werden.</li>
		<li>Definieren Film-Sequenz und Last-video-Datei für das richtige Video über die Menüs "Stereo" > "Bild" > "definieren Filmsequenz" und "Stereo" > "Bild" > "Last Picture".</li>
		<li>Die Artenliste zu laden, indem man auf "Messung" > "Attribute" > "Datei bearbeiten/laden Arten".</li>
		<li>Geben Sie Umfrage-ID-Informationen unter"Informationen" > "Bearbeiten Feldwert" und speichern Sie die Datei erstellen ein. EMObs Projekt.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Die Videos mit Lichtblitz, Händeklatschen, Coordinated Universal Time (UTC) Stempel oder jeder Zeit bestimmten Ereignis tritt auf, in beiden Videos zu synchronisieren.<ol>
<li>Wenn UTC-Zeitstempel verwenden, Frame-Schritt nach vorn in das linke Video bis die Zeitstempel einer neuen zweiten beginnt. Tritt ein anderes Frame vorwärts bis Lichtblitz oder Händeklatschen.</li>
		<li>Frame-Schritt das richtige Video nach vorne, bis die Zeitstempel der linken Video genau entspricht. Anderes Frame Schritt vorwärts bis genau in dem Moment der Lichtblitz oder Händeklatschen, das linke Video entspricht. Hinweis: Es ist wichtig, dass Videos mit dem gleichen Rahmen synchronisiert werden. Video-Synchronisation sollte überprüft werden, in regelmäßigen Abständen mit dem video Zeitstempel Kamera Frame Drift während der Analyse zu vermeiden. Ein Donnerschlag gefilmte Hand könnte auch am Anfang und Ende des Videos verwendet werden, um dieses Recht zu testen und links Videos wurden mit dem gleichen Rahmen synchronisiert.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Klicken Sie auf "Sperren" damit Videos zusammen spielen und Synchronisation zu erhalten.</li>
</ol>(2) Punktanzahl erzeugen und berechnen von MaxN
Hinweis: Jeder Fisch ist zunächst mit einem 2D Punkt auf die niedrigste mögliche taxonomische Auflösung markiert. Fisch mit unsicheren ID sollte für eine spätere Überprüfung markiert werden.
<ol><li>Warten Sie, bis die Fische bis zum Jahresende eine komplette Kamera-Rotation um sicherzustellen, dass eine volle 360 Grad dient zu zählen beginnen. Auch warten, bis Sediment gelöscht hat (in der Regel < 1 – 2 min. nach Kontakt mit Boden).<ol>
<li>Sobald der Lander die erste Rotation beginnt, rechts klicken und um eine neue Sample-Periode zu definieren: "Periodendefinitionen" > "Neue Startperiode hinzufügen". Geben Sie erste Periode als "01 ein" und klicken Sie auf "OK".</li>
	</ol>
</li>
	<li>Beginnen Sie der Lander dreht, Kennzeichnung jeden Fisch, den Rahmen mit einem 2D Punkt mit der linken Kamera nur erbt.<ol>
<li>Um einen 2D Punkt hinzuzufügen, wählen Sie "Add Punkt" einen Rechtsklick und wählen Sie die richtige Artname. Beschriften Sie, die niedrigste mögliche taxonomischen Ebene, Auswahl "SPP" für unbekannte Spezies und klicken Sie auf "OK".</li>
		<li>Weiterhin jeden neuen Fisch gemäß Schritt 2.2.1 bis zum Abschluss der Rotation zu kennzeichnen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Wiederholen Sie Protokoll Verfahren 2.1-2.2 für jedes zusätzliche Lander-Drehung - um sicherzustellen, dass eine neue Periode zu Beginn einer Kamera Drehung definiert ist. Hinweis: Arten Ansammlung Kurven wurden verwendet, um festzustellen, dass acht Drehungen waren, durchschnittlich, ausreichend Fisch Fülle in der vorliegenden Studie zu charakterisieren. Forscher sollten Durchführung von Vorversuchen mit zusätzlichen Kamera Rotationen über längere Weichzeiten, um die optimale Anzahl der Kamera Rotationen innerhalb eines bestimmten Ökosystems zu charakterisieren.</li>
	<li>Artspezifische Grafen von Individuen beobachtet pro Kamera-Rotation zu berechnen.<ol>
<li>Nachdem alle Rotationen aufgelistet wurden, export 2D Punkte durch navigieren zu "Messung" > "Messung Zusammenfassungen" > "Punktmessungen" und 2D Punkte als a.txt-Datei speichern.</li>
		<li>Öffnen Sie die gespeicherte 2D.txt-Point-Datei als Tabelle und erstellen eine PivotTable Arten vs. Drehzahl zählt (Tabelle 1) zusammenfassen, indem man auf "Einfügen" > "PivotTable". Wählen Sie "Gattung und Art" für "Zeilenbezeichnung" und "Zeit" für "Spaltenbeschriftung".</li>
	</ol>
</li>
	<li>Wählen Sie die MaxN für jede Art durch die Auswahl der Kamera-Rotation, die die größte Zahl von Individuen dieser Art (Tabelle 1).</li>
	<li>Wählen Sie für Fische, die nur zur Gattung identifiziert eine Gattung-Ebene MaxN basierend auf die Drehung, die die größte Zahl von Individuen, die identifizierten Arten dieser besonderen Gattung hatte. Hinweis: Dieser Schritt hilft, um einzelne Fische Doppelzählungen zu vermeiden, die nur für höheren taxonomischen Gruppen (z. B.nur zur Gattung oder Familie) identifizierbar waren. Zum Beispiel in Tabelle 1"Drehung 1' enthielt 10 unbekannte Sebastes spp. und 33 Mitglieder der Gattung Sebastes identifizierten Arten, während" Drehung 3' enthalten nur zwei nicht identifizierte Sebastes spp. und 43 Mitglieder die Gattung Sebastes , Arten identifiziert. Daher "Drehung 3' würde verwendet werden, für MaxN Anzahl von unbekannten Sebastes spp. Auf diese Weise ist die konservative Annahme gemacht, dass 8 von den unbekannten Sebastes spp. in "Drehung 1' wurden" Drehung 8'.</li>
	<li>Wenn mehrere Rotationen die gleiche Anzahl von MaxN für eine gegebene Art haben, wählen Sie die erste Drehung mit MaxN für 3D Punktmessungen.</li>
	<li>Nehmen Sie für jede Art 3D-Messungen von Fischen in der Rotation, die MaxN aufgetreten sind.<ol>
<li>Verwenden Sie die gespeicherte 2D Punkte gesammelt in Schritten 2,1-2,3, navigieren Sie zu den exakt gleichen Fisch für 3D Messung.</li>
		<li>Zoom in mindestens 4 X, um besser zu identifizieren, die Spitze der Fisch Schnauze und Kanten der kaudalen flossen (Abbildung 3). Hinweis: Es möglicherweise notwendig, Frame Schritt vorwärts oder rückwärts, um die beste Orientierung der Fische für eine 3D Messung zu finden. Die "besten" Ausrichtung gehört, wo sind die Schnauze und die Kanten der kaudalen Rippen sichtbar in beiden Kameras.</li>
		<li>Manuell an der Spitze der Schnauze, dann den Rand der Schwanz in die linke Kamera klicken Sie, dann wiederholen Sie die Auswahl in der gleichen Reihenfolge in das richtige Video.</li>
		<li>Wählen Sie richtige Speziesidentifizierung aus Dropdown-Menüs wie in 2.2.1 getan wurde.</li>
		<li>Wenn ein 3D Längenmessung für Instanz wenn Kopf und Schweif des Fisches nicht sichtbar in beiden Kameras sind dann markieren Sie einen 3D Punkt stattdessen per Linksklick die gleiche Position der Fische in den linken und rechten Videos nicht möglich ist. Füllen Sie die Felder wie vor und der Kommentar "Längenmessung ausschließen". Hinweis: MaxN kann auf verschiedene Drehungen der Kameras für verschiedene Arten auftreten. für irgendeine gegebene Sorte sollte jedoch Messungen nur eine Umdrehung (Tabelle 1) auftreten.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Exportieren Sie nach Abschluss der 3D-Messungen für alle Fische Daten as.txt Datei zur weiteren Analyse.<ol>
<li>Navigieren Sie zur "Messung" > "Messung Zusammenfassungen" > 'Point- and -Länge 3D-Messungen' und save.txt-Datei zu exportieren.</li>
	</ol>
</li>
</ol>(3) 95 % Z Abstand Verfahren für artspezifische Umfrage Bereiche
Hinweis: Die 95 % Z-Abstand ist eine Schätzung der durchschnittlichen Entfernung, die eine Art in einer bestimmten Studie unter Ausschluss von Fällen von Ausnahmebedingungen der Klarheit des Wassers oder Beleuchtung zuverlässig identifiziert werden konnten. Diese Berechnung berücksichtigt die durchschnittliche ozeanographischen Bedingungen einer bestimmten Studie und werden für jede neue Studie neu berechnet werden müssen.
<ol><li>Verwenden Sie einfache bootstrapping, um festzustellen, ob die Größe der Stichprobe groß genug, um den Abstand der zuverlässige Erkennung für jede Art zu charakterisieren ist.<ol>
<li>Für jede Probe Größenklasse (z.B.Probe Größe Behälter 5 Fische), nehmen Sie 1.000 zufällig zieht der Stichprobe-Größe mit Ersatz aus der Probe Bevölkerung und berechnen Sie den Mittelwert, die 95 %-Quantil der Entfernungen von diesen 1.000 zeichnet und Handlung, die daraus resultierenden asymptotische Kurve. Zusätzliche Dateien 1und 2 zur Verfügung gestellte Code zu sehen.</li>
		<li>Überprüfen Sie, ob ausreichende Proben gewonnen wurden, indem Sie vergleichen die tatsächliche Stichprobengröße mit 95 % Z Abstand Asymptote mit steigendem Stichprobenumfang.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Berechnen Sie den 95 % Z Abstandswert als das 95 %-Quantil der Entfernung von Kamera über alle Umfragen für eine Art gemessen.</li>
	<li>Berechnen Sie die wirksame Fläche Befragten für jede Spezies mit dem 95 % Z-Wert. Hinweis: Im Falle einer rotierenden Lander sind der 95 % Z-Wert entspricht der äußere Radius von einem Befragten Schwad mit dem inneren Radius durch die physische Einrichtung des Werkzeugs bestimmt und wie nah an der Basis der Kameras beobachten können. Wie die Lander dreht, entsteht ein "Donut" förmigen Messgebietes (Abbildung 4).<ol>
<li>Berechnen Sie Fläche als befragt: <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56635/56635eq1.jpg"> Hinweis: zum Beispiel eine relativ großen Arten wie Yelloweye Drachenköpfe (Sebastes Ruberrimus) eine 95 % Z-Abstand von 3,3 m und eine wirksame Erhebung Fläche von 30,9 m2 pro Lander Bereitstellung hatte: 34,3 m2 (Außenkreis) - 3,4 m2 (Inner Kreis) = 30,9 m2 (Gesamtübersicht Bereich).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Die berechnete Fläche mit Befragten (Schritt 3.3.1), Konvertieren einzelner Arten zählt (MaxN) in Dichte Schätzungen für jede visuelle Umfrage unter Verwendung der Gleichung: <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56635/56635eq2v3.jpg"> Hinweis: Ein ähnliches Verfahren könnte verwendet werden, um eine volumetrische Dichte anstatt einer Flächendichte zu berechnen; Dieser Prozess wird hier nicht beschrieben.</li>
</ol><img alt="Table 1" src="/files/ftp_upload/56635/56635table1.jpg"> Tabelle 1: Beispiel MaxN Übersichtstabelle. Die Auswahl der MaxN für jede Sorte wird mit rot und Fett Text demonstriert. Beachten Sie, dass eine konservative MaxN für nicht identifizierte Sebastes spp. durch die Rotation mit den meisten Sebastes identifizierten Arten (Drehung 3) ermittelt wurde. Auch während dieser Studie acht Kamera Rotationen verwendet, sind nur vier Rotationen in Tabelle 1 für Einfachheit angezeigt. Das Verfahren zur Auswahl von MaxN ist identisch, unabhängig von der Anzahl der Umdrehungen.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56635/56635fig1.jpg"> Abbildung 1: Stereo video Lander. Wichtige Hardware ist nummeriert (1) 300 m Nabelschnur, (2) zwei digitale Videorekorder (DVR) mit abnehmbaren 32 GB Speicherkarten in wasserdichte Flasche, (3) zwei LED-Leuchten klarmachen 3.000 Lumen bei einer Farbtemperatur von 5.000 K und (4). zwei Kameras mit 620 TV-Linie (TVL) Auflösung. <a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56635/56635fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56635/56635fig2.jpg"> Abbildung 2: Kalibrierung Würfel (500 x 500 x 300 mm). Beispiel für eine Kalibrierung mit einem "Kalibrierung Cube" in zwei verschiedenen Ausrichtungen dargestellt: (A) der rechten Seite des Würfels ist in Richtung Kameras herausgedrückt, und (B) die Seite des Würfels ist parallel zur Fläche der Kameras. Rote Punkte bezeichnen die Referenzpunkte in diese besondere Kalibrierungsmethode verwendet und müssen immer in der nummerierten Reihenfolge identifiziert werden. <a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56635/56635fig2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56635/56635fig3.jpg"> Abbildung 3: 3D Messung auf Sebastes Miniatusgelegt. Die Spitze der Schnauze und Schwanzende wurden identifiziert, in jede Kamera-Frame, um Stereo-Messung zu ermöglichen. <a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56635/56635fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56635/56635fig4.jpg"> Abbildung 4: Gebiet vom Lander Tool befragt. Nutzfläche von Werkzeugs Lander Befragten wurde durch die minimale Abstand Z und der 95 % Z-Abstand für die einzelnen Arten begrenzt. Beachten Sie, dass dieser Bereich ein "Donut" förmigen Umfrage Volumen rund um den Lander erstellt. <a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56635/56635fig4large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>

<ol>
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E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Variation+in+Responses+of+Fishes+across+Multiple+Reserves+within+a+Network+of+Marine+Protected+Areas+in+Temperate+Waters.">Variation in Responses of Fishes across Multiple Reserves within a Network of Marine Protected Areas in Temperate Waters.</a> Plos One. 10 (3), 0118502 (2015).</li><li>Lester, S., Halpern, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biological+effects+within+no-take+marine+reserves:+a+global+synthesis.">Biological effects within no-take marine reserves: a global synthesis.</a> Mar. Ecol. Prog. Ser. 384, 33-46 (2009).</li></ol>

Die Autoren haben nichts preisgeben

Die traditionelle MaxN-Metrik beruht auf der Idee des Zählens einer garantierte Mindestanzahl von Personen im Rahmen einer Umfrage. Wenn eine bestimmte Anzahl von Fischen in ein einzelnes Videobild gleichzeitig sichtbar sind, kann kein weniger vorhanden sein, aber da Fisch mobil und heterogen verteilt sind, ist die Wahrscheinlichkeit, dass alle Personen gleichzeitig zu sehen, während ein einzelnes Videobild niedrig . Es ist daher wahrscheinlich, dass traditionelle MaxN wahre Fisch Fülle16,17unterschätzt. Darüber hinaus wurde nachgewiesen, dass traditionelle MaxN nichtlineare negativ voreingenommen Beziehungen mit steigenden Fisch Häufigkeiten16,18anzeigen kann. Dies kann mit dem Phänomen der Gang Sättigung bezogen werden, wobei relative Häufigkeit Indizes nicht erkennen, dass wahre Fülle19,20erhöht. Dagegen die scheinbare Stabilität eines Indexes mit wirklich rückläufig Fisch Fülle hat genannt "Hyperstability", und führen letztlich zum Absturz von Fisch Populationen21,22. Eine aktuelle Studie berichtet, dass Instabilität in MaxN gelindert werden könnte, durch die Erhöhung der Befragten Sichtfeld16. In dieser Studie wurde die Beziehung zwischen MaxN und wahre Fülle immer linear, als das Sichtfeld 100 % (d.h.360 Grad) näherte.
Die Ergebnisse aus der stationären Kamera-Simulation zeigen Kongruenz mit diesen früheren Ergebnissen und legen nahe, dass der MaxN Wert Fisch Fülle besser charakterisieren kann. Zum Beispiel verringerte sich der geschätzte mittlere Koeffizient der Varianz unter Dichte Schätzungen aus den rotierenden Lander im Vergleich zu den Pseudo-stationäre Lander abgeleitet. Dies ist wahrscheinlich, dass Fische sind heterogen verteilt, und dass stationäre Kameras sind eher zu "verpassen" die Fische vorhanden, wenn der Lander in die falsche Richtung zeigt. Rotierende Landers maximieren Probenahme Aufwand durch die Erhebung der vollen 360 Grad um das Werkzeug und der Netto-Effekt ist Reduzierung der Probenahme Kosten und Varianz, und erhöhen die statistische Aussagekraft der Studie. Zukünftige Studien könnte besser dieses Problems durch die Prüfung direkt eine rotierende Lander mit einer separaten stationären Lander in einer gekoppelten Erhebungsdesign. Ebenso konnten wir direkt auf die Beziehung zwischen MaxN und wahren Reichtum in dieser Studie zu testen, und zukünftige Studien könnten dies mittels entweder Simulation direkt testen oder kontrollierten Umgebungen, wie Campbell (2015)16.
Eine mögliche Kritik an der modifizierten MaxN-Ansatz ist die Möglichkeit der doppelten zählen Einzelpersonen. Da der Lander eine volle Umdrehung pro Minute machte, und die benthischen Arten von Interesse im Ökosystem tendenziell relativ sesshaft und langsame Bewegung unter den meisten Bedingungen, glauben wir, dass das Risiko einer doppelten Erfassung gering war. Darüber hinaus wurden Fälle wo Fisch würde betreten oder verlassen des Messgebietes im Laufe von acht Drehungen beobachtet. Zusätzliche Vorkehrungen wurden doppelt zählen z. B. die Verwendung der Rotation mit der größten Anzahl von Individuen einer bestimmten Gattung nicht identifizierte Arten zu zählen zu vermeiden. Andere Metriken sind wie die Indizes der Fisch Fülle wie meine Count vorgeschlagen worden; Diese haben jedoch auch gezeigt, wahre Fülle konsequent zu unterschätzen, während Erhöhung der Variabilität unter Dichte16schätzt. MaxN empfiehlt sich daher als eine genauere Metrik der Fisch Fülle. Während unsere modifizierten MaxN-Metrik keine konservative Schätzung der absolute minimale Anzahl von Personen zu gewährleisten, sind wir insgesamt zuversichtlich, dass dieser modifizierten MaxN-Ansatz bessere Schätzungen der wahre Fisch Fülle bietet, und diese übermäßig zählen Fisch der ist relativ geringe Bedeutung.
Viele Seite-Anzeige Video-Transekt Umfragen Verwendung einer festen Transekt Breite, Dichte für alle Tierarten zu schätzen. Ebenso wäre ein Ansatz zur Verwendung von Stereo-Video Landers eine maximale Entfernung von Kamera verwenden, um beide untersuchten Fläche berechnen und Dichte zu fischen. Beide führen zu eine Unterschätzung der Arten, die nur für kleinere Strecken als die feste Breite Schätzungen23Transekt zuverlässig identifizierbar sind. Die Entfernung einer Spezies zuverlässig identifiziert wird verursacht durch das Zusammenspiel von Faktoren wie Größe, Form, Färbung Muster, Fisch Verhalten sowie Umweltfaktoren. Die 95 % Z Distance-Methode ist besonders vorteilhaft, da es das Zusammenspiel all dieser Faktoren gleichzeitig ausmacht. Zum Beispiel war O. Elongatus Arten, die wir in der Lage, zu den größten Abstand, wahrscheinlich durch seine ausgeprägte, großen, länglichen Körperform und Verhalten tendenziell lag auf dem Meeresboden zu identifizieren sind. Rosig Drachenköpfe (Sebastes Rosaceus) war eine der kürzesten Z Entfernungen, wahrscheinlich, weil Sie als Mitglied der Untergattung Sebastomus , hat es verschiedene Kongenere, die ähneln sich sehr und sind schwer zu erhöhten Abständen unterscheiden. Dadurch, dass für die Spezies-spezifische Gebiete von der Lander Befragten, möglicherweise wir Fisch Fülle genauer abschätzen. Der bootstrap Ansatz zur Probe Größe Überprüfung ist einfach und leicht umgesetzt in anderen Erhebungen, und wir glauben, dass die Methode von 95 % Z Abstand konnte weiter angepasst werden, um die Zeile unterbringen Transekt Erhebungsdesign. 95 % Z Abstand würde dann einen horizontalen Abstand von zuverlässige Erkennung für mit Tauchpumpe oder ferngesteuertes Fahrzeug (ROV) Tools beobachteten Arten darstellen. In Zukunft können Forscher untersuchen mit Abstand Sampling Theorie Modell Dichte als Funktion der Nachweisbarkeit mit Abstand23,24.
Da gibt es stärkere Nutzung von Fischereiverbot in der Fischerei-Management25,26,27, gibt es ein zunehmender Bedarf an nicht extraktiven Sampling-Techniken, vor allem im tiefen Wasser Lebensräume für Taucher nicht zugänglich Umfragen. Es ist jedoch auch notwendig, dass diese Techniken präzise, zuverlässige Daten über die Fische Länge, Fülle und Arten-Zusammensetzung liefern. Video Landers sind eine relativ neue monitoring-Tool, die eine kostengünstige, auf relativ kleine Schiffe Gelegenheit bedient werden, und sind logistisch einfacher zu bedienen als ROVs und Tauchboote erfordert weniger und weniger qualifiziertes Personal. Zwar nicht in diesen Methoden diskutiert, sind Stereo-Kamera Landers in der Lage, präzise Längenmessungen mit Fehler weniger als 2 %. Darüber hinaus können Landers schnell über große geographische Gebiete bereitgestellt werden, erhöhen statistische Inferenz. Wir erwarten, dass das Interesse an Video Überwachungs-Tools wie Forschung Agenturen Blick zu straffen Haushalte und effizienter verteilt Probenahme Aufwand erhöhen. Unsere Modifikation von MaxN und 95 % Z Abstand sollte in Zukunft ökologische Studien unter Verwendung von rotierenden video Landers betrachtet werden.

Entlang der Pazifikküste der USA sind viele der Arten wichtig für Gewerbe- und Freizeit Grundfisch Fischerei (z. B.die Drachenköpfe komplexe (Sebastes spp.) und Kabeljau (Ophiodon Elongatus)) stark verbunden mit Hochrelief, harten Boden Lebensräume1,2,3,4,5. Drop-Stereo-Video-Kameras sind ein attraktives nicht extraktiven Instrument, in felsigen Lebensräumen aufgrund der relativen Leichtigkeit und Einfachheit der Bedienung zu verwenden. Eine Vielzahl von Stereo-Video-Kamera-Systeme wurden entwickelt und in der südlichen Hemisphäre, Flachwasser-Ökosysteme6,7,8,9,10, bereitgestellt und vor kurzem haben video Drop-Kameras Zugkraft als Management-Tool für tiefes Wasser felsigen Riff Umgebungen entlang der Pazifikküste11,12,13gewonnen. Wir wollten diese bestehende Stereo-Kamera-Designs ändern, indem Sie ein Stereo-Video-Kamera-System (nachfolgend "Lander") effizienter Fischpopulationen in Hochrelief Seafloors entlang der zentralen Pazifikküste (siehe Tabelle des charakterisieren Materialien). Der Lander verwendet war anders als bestehende Videosysteme, weil Kameras zu einer zentralen drehenden Bar montiert wurden, die für eine volle 360 ° der Berichterstattung über den Meeresboden bei den Drop Position14erlaubt. Der Lander abgeschlossen eine volle Umdrehung pro Minute, was uns erlaubt, schnell charakterisieren die Fülle und Zusammensetzung eines Raums und erreichen das gleiche Maß an statistische Aussagekraft mit weniger Lander Bereitstellungen. (Siehe Starr (2016)14 für mehr Details über die Besonderheiten der Lander-Konfiguration). Vorversuche in das Studiensystem vorgeschlagen, dass acht Rotationen der Kameras an unseren Umfragen waren ausreichend Arten Fülle und Reichtum zu charakterisieren. Diese Bestimmung wurde durch eine Beobachtung von abnehmenden Wirtschaftserträgen Arten Fülle und Dichte der Fisch über längere Tropfen ernannt. Es wird empfohlen, eine Pilotstudie, einschließlich längere Weichzeiten in jedem neuen System die optimale Einweichen Zeit für einen gegebenen Ökosystem/Studie Arten bestimmt durchgeführt werden.
Mithilfe von gekoppelten Stereokameras beide Gesamtfläche Umfrage und absolute Fisch-Dichte pro video Umfrage berechnet werden kann; die Verwendung von rotierenden Kameras erforderte jedoch die Änderung der traditionellen Fisch-Graf-Metriken. Stationäre Videosysteme benutzte häufig "MaxN" als eine konservative Zählung der Fische eine Bereitstellung6,10. Traditionelle MaxN beschreibt die maximale Anzahl der Fische in einer bestimmten Art, die zur Vermeidung von Doppelzählungen ein Fisch, der verlassen und kehrte zu Frame hat zusammen in ein einzelnes Videobild beobachtet. MaxN wurde daher eine Schätzung der Mindestanzahl von Fischen bekannt anwesend sein und kann echte Fische Fülle6,10unterschätzen. MaxN-Metrik wurde neu definiert, um die größte Anzahl der Fische in jeder vollen Umdrehung der Kameras gesehen darzustellen.
Die zweite Änderung zum bisherigen Stereo-video Methoden war, die Tatsache berücksichtigen, dass Arten in verschiedenen Größen, Farben, und Formen haben unterschiedliche maximale Abstände der zuverlässigen Identifizierung. Zum Beispiel große Arten wie O. Elongatus haben eine ausgeprägte längliche Form und zuverlässig auf viel größere Entfernungen im Vergleich zu kleinen und kryptische Arten wie die Squarespot Drachenköpfe (Sebastes Hopkinsi) identifiziert werden können. Diese unterschiedlichen maximale Reichweiten der Nachweisbarkeit ändern der Wirkfläche Stichprobe von Lander für jede Spezies. Da die Stereo-Kameras uns jeder Fisch im dreidimensionalen Raum mit einem hohen Grad an Genauigkeit zu platzieren ermöglichen, kann man die Entfernung von den Kameras, die jeden Fisch war bestimmen gemessen (d. h., der "Z-Abstand", benannt nach der "z-Achse" ist senkrecht zu der geraden Linie zwischen den Kameras). Für jede Art der Abstand, in dem 95 % aller Personen (im folgenden "95 % Z-Abstand") beobachtet wurden, galt als der Radius des Messgebietes und diente zur Berechnung der gesamten Fläche befragt. Neben den artspezifischen Eigenschaften wird Identifizierbarkeit Umgebungsbedingungen z. B. Wassertrübung belastet. Da diese Faktoren in Raum und Zeit variieren können, ist es wichtig, die 95 % Z-Statistik nur in ihrer Gesamtheit zu verwenden. Während es hochpräzise für große Proben werden, kann jeder eine individuelle Umfrage in Bereich befragt variieren.
Die nachgenannten Protokoll enthält Anleitungen zum Erstellen und verwenden diese Metriken. Obwohl im Mittelpunkt stand die Tiefsee felsigen Lebensraum entlang der Pazifikküste zu charakterisieren, ist die Methodik beschrieben für modifizierte MaxN Graf leicht anwendbar auf alle rotierenden Drop-Kamera-System. Die Anzahl der Drehungen der Kamera benötigt, um die Fischbestände zu charakterisieren hängt von lokalen Ökosystem Dynamik, aber die Konzeptualisierung der modifizierten MaxN bleiben die gleichen. In ähnlicher Weise, während wir 3D photogrammetrische Software verwendet, um Stereo-Video analysieren, die hier beschriebenen Techniken leicht über Software-Plattformen, gelten, solange die genaue Position der Fische im dreidimensionalen Raum möglich ist. Darüber hinaus könnte der Ansatz der Anwendung eines 95 % Z Abstandswert in Zukunft Studien mit Stereo-Kameras um artspezifische reicht der Nachweisbarkeit zu berücksichtigen und zu Fisch Fülle genauer zu berechnen betrachtet werden.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:877px;" width="876">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:201px;">calibration cube</td>
			<td style="width:193px;">SeaGIS</td>
			<td style="width:279px;">http://www.seagis.com.au/hardware.html</td>
			<td style="width:204px;">1000x1000x500 mm is the preferred dimensions. Other methods of calibration are available.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:201px;">CAL calibration software</td>
			<td style="width:193px;">SeaGIS</td>
			<td style="width:279px;">http://www.seagis.com.au/bundle.html</td>
			<td style="width:204px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:201px;">EventMeasure stereo measurement software</td>
			<td style="width:193px;">SeaGIS</td>
			<td style="width:279px;">http://www.seagis.com.au/event.html</td>
			<td style="width:204px;"></td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:201px;">Statistical software</td>
			<td style="width:193px;">R Core Team 2017 (v. 3.4.0)</td>
			<td style="width:279px;"></td>
			<td style="width:204px;">Bootstrapping code can be found: https://github.com/rfields2017/JoVE-Bootstrap-Function</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:201px;">Spreadsheet Software</td>
			<td style="width:193px;">Microsoft Excel</td>
			<td style="width:279px;"></td>
			<td style="width:204px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:201px;">2&#160; waterproof cameras</td>
			<td style="width:193px;">Deep Sea Power and Light</td>
			<td style="width:279px;"></td>
			<td style="width:204px;">HD quality preferred</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:201px;">2 depth rated, waterproof lights</td>
			<td style="width:193px;">Deep Sea Power and Light : 3000 lumen LED with 5000k color temperature</td>
			<td style="width:279px;"></td>
			<td style="width:204px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:201px;">DVR recorder</td>
			<td style="width:193px;">Stack LTD DVR</td>
			<td style="width:279px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:201px;">standard PC</td>
			<td style="width:193px;"></td>
			<td style="width:279px;"></td>
			<td>Windows 10 preferred OS</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:201px;">rotating Lander platform</td>
			<td style="width:193px;">Marine Applied Research and Engineering (MARE)</td>
			<td style="width:279px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

development of new methods for quantifying fish density using underwater stereo-video tools

Die Verwendung von Video-Kamerasysteme in ökologischen Studien Fische weiterhin als eine tragfähige, nicht extraktiven Methode der Messung Fische Längen und Schätzung Fisch Fülle Fuß fassen. Wir entwickelt und implementiert ein rotierendes Stereo-Video-Kamera-Werkzeug, das eine volle 360 Grad der Probenahme, abdeckt, maximiert die Probenahme Aufwand im Vergleich zu stationären Kamera-Tools. Eine Vielzahl von Studien haben detaillierte die Fähigkeit der statischen, Stereo-Kamera Systeme sehr genau und präzise Messungen von Fischen; im Vordergrund standen die Entwicklung methodischer Ansätze, Fisch-Dichte mit rotierenden Kamera-Systeme zu quantifizieren. Der erste Ansatz war es, eine Änderung der Metrik entwickeln MaxN, die in der Regel eine konservative Zählung der Mindestanzahl von Fisch auf einer Umfrage bei bestimmten Kamera beobachtet. Wir definieren MaxN um die maximale Anzahl der Fische in einer bestimmten Drehung des Kamerasystems beobachtet werden. Bei Vorsichtsmaßnahmen ergriffen werden, um Doppelzählungen zu vermeiden, kann diese Methode für MaxN wahre Fülle genauer als die von einer festen Kamera erhalten widerspiegeln. Zweitens, weil Stereo-Video Fische im dreidimensionalen Raum zugeordnet werden können, sind genaue Schätzungen über die Entfernung von der Kamera für jeden Fisch erhältlich. Mit 95 %-Perzentil der beobachteten Entfernung von Kamera um artspezifische Gebiete Befragten zu errichten, berücksichtigt Unterschiede in der Nachweisbarkeit unter Arten unter Vermeidung verdünnen Dichte Schätzungen mithilfe den maximalen Abstand war eine Art beobachtet. Buchhaltung für diesen Bereich der Nachweisbarkeit ist wichtig, genau zu schätzen, Fisch-Häufigkeiten. Diese Methode erleichtert die Integration von rotierenden Werkzeugen Stereo-Video in angewandter Wissenschaft und Verwaltung zusammenhängen.

Zwischen 2013 und 2014 führten wir 816 Umfragen mit der rotierenden Stereo-Video-Lander (Abbildung 1) entlang der zentralen Küste von Kalifornien und MaxN und 95 % Z Abstand (Abbildung 4) Daten über mehr als 20 Arten. Es gab klare Muster in den Wirkbereich nachweisbaren Arten beobachtet, wahrscheinlich durch das Zusammenspiel der Arten Größe, Form und Färbung (Abbildung 5). Zum Beispiel hat die Flagge Drachenköpfe (Sebastes Rubrivinctus) deutliche Streifenbildung auf seinen Seiten ermöglicht zuversichtlich Identifikation in größerer Entfernung als andere Arten von vergleichbarer Größe. In ähnlicher Weise Kanarischen Drachenköpfe (Sebastes Pinniger) sind relativ groß, körperreich, aber haben eine Pigmentierung, die ähnlich wie bei anderen Arten ist, so dass es immer schwieriger, im Abstand (Abbildung 5) zu erkennen.
Wir verwenden zwei Arten zeigen die Berechnungen von MaxN und 95 % Z Abstandswerte: Pygmäen Drachenköpfe (Sebastes Wilsoni) und Kabeljau (O. Elongatus). Ersteres ist ein klein-bodied Fisch, das schwierig sein kann, auf Distanz zu identifizieren; während O. Elongatus relativ groß ist, hat eine klare Form, und ist leichter zu identifizieren. Ab 2013 / 2014 waren 1.191 Messungen für S. Wilsoni und 1.222 Messungen für O. Elongatus gesammelt. Dann, die 95 %-Quantile der Entfernungen, bei dem diese Arten beobachtet wurden: 95 % Z Entfernungen wurden 2,65 m S. Wilsoni und 3,96 m für O. Elongatus (Abbildung 5) berechnet wurden. Diese 95 % Z Abstände übersetzen in effektive Umfrage Bereiche von 18,6 m2 und 46,0 m2 für S. Wilsoni und O. Elongatus . Eine einfache bootstrap Analyse bestätigt, dass ausreichende Probe Größen zur Charakterisierung von 95 % Z Abstandswerte erhalten wurden. Für beide Arten wurden die Schätzung von 95 % Z Abstand stabilisiert, wenn größer als 50 Umfragen mit dieser Arten gesampelt, bietet starke Hinweise, dass die gewählten Stichprobenumfänge mehr als ausreichend waren, um der Wirkfläche Lander Probe für diese charakterisieren Arten (Abbildung 6).
MaxN zählt pro Umfrage dann in Dichte (Anzahl der Fische/m2) umgewandelt wurden. Wir verwendet Dichte Schätzungen aus den 816 Erhebungen, um die Hypothese zu testen, dass Dorschen und Pygmäen Drachenköpfe würde in erster Linie auf Hochrelief Lebensräumen beobachtet werden. Für beide Arten waren deutlich höhere dichten über hohe und mittlere Relief im Vergleich mit flachem Relief Lebensräume (Kruskal-Wallis, p <<. 001; ( Abbildung 7). Diese Ergebnisse entsprachen bereits berichtet Lebensraum Verbände für beide Arten15. Es gab keine Unterschiede zwischen Medium und Hochrelief Lebensraum für beide Arten.
Um zu verstehen wie die rotierenden Lander im Vergleich mit herkömmlichen stationären Kamerasysteme, geschätzt wir Unterschiede in der Dichte und Variabilität schätzt zwischen einer sich drehenden und eine simulierte stationäre Lander. Wir dachten, ein typisches stationäre Single-Kamera-Lander hätte eine 90-Grad-Blickfeld. Der rotierende Lander hat einen 60-Grad-Blickfeld und erfordert 5 Sekunden der Rotation eine 90-Grad-Ansicht. Mit 261 Umfragen, wählten wir Fisch Beobachtungsdaten aus den mittleren 5 Sekunden Lander Rotationen, MaxN zu etablieren. Dichte nach Schätzungen für die Pseudo-stationäre Lander wurden standardisiert durch die Verwendung der reduzierten Bereiche der Abdeckung (d.h.ca. ¼ Bereich der rotierenden Lander). Unterschiede in der mittleren Dichte und Variationskoeffizienten zwischen rotierenden und Pseudo-stationäre Landers wurden mit Welch es t-Test ausgewertet. Meine dichten erhalten durch die rotierenden Kamera waren 18 % größer als bei stationären Kameras (Welch es t21,7, p = 0.081, Abbildung 8A). Darüber hinaus wurde der Variationskoeffizient mit der stationären Kamera im Vergleich zu Kameras drehen 1,8 Mal höher (Welch es t15.1, p < 0,001, Abbildung 8).
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56635/56635fig5.jpg"> Abbildung 5 : Z Entfernungen für ausgewählte Arten beobachtet. Rote vertikalen Balken kennzeichnen die Z Mindestabstand (0,81 m von Kameras) auf der linken Seite und den 95 % Abstand Z Wert auf der rechten Seite. Beachten Sie, dass das durchschnittliche effektive Messgebietes rund um den Lander für jede Art darstellt. <a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56635/56635fig5large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56635/56635fig6.jpg"> Abbildung 6 : Bootstrapped Abstandswerte Z. Bootstrapping um die Stichprobengröße für (A) S. Wilsoni und (B) O. Elongatus Beobachtungen zu erhöhen. Probengrößen von 3-300 wurden jeweils 1.000 Mal bootstrapped um die mittlere Entfernung von 95 % Z berechnen und überprüfen, ob die Stichprobengrößen ausreichend waren. Anmerkung, die die y-Achse Werte von 2.0-2.6 m für S. Wilsoni und von 2,6-4,0 m für reichen O. Elongatus. <a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56635/56635fig6large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56635/56635fig7.jpg"> Abbildung 7 : Lebensraum Unterschiede für zwei ausgewählte Arten. Durchschnittliche Dichte (± SE) (A) S. Wilsoni und (B) O. Elongatus gemessen auf Low, Medium und High Relief Rock Lebensraum. <a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56635/56635fig7large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56635/56635fig8.jpg"> Abbildung 8 : Unterschiede zwischen rotierenden und Pseudo-stationäre Landers. Beide Schätzungen von (A) bedeutet, dass die Dichte (Fische/m2 ± SE) und (B) mittlere Koeffizient der Variation (CV) ± SE für 261 Umfragen präsentiert werden. <a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56635/56635fig8large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Video 1" src="/files/ftp_upload/56635/56635video1.jpg"> Ergänzende Video 1: Überprüfung der Kalibrierung. Kalibrierung kann durch Messung der Ziele von bekannten Größen in unterschiedlichen Abständen vor Gebrauch im Feld überprüft werden. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56635/Target_Bar_Error_Validation.mp4" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um dieses Video anzusehen. (Rechtsklick zum download)</a>
<img alt="Video 2" src="/files/ftp_upload/56635/56635video2.jpg"> Ergänzende Video 2: Unterwasser Umfrage Footage. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56635/Survey_Footage_Drop_398.mp4" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um dieses Video anzusehen. (Rechtsklick zum download)</a>

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Development of New Methods for Quantifying Fish Density Using Underwater Stereo-video Tools

Wir beschreiben eine neue Methode für das zählen der Fische, und relative Häufigkeit (MaxN) und Fisch-Dichte mit rotierenden Stereo-Video-Kamera-Systeme zu schätzen. Wir demonstrieren auch Abstand von der Kamera (Z-Abstand) zu verwenden, um artspezifische Nachweisbarkeit zu schätzen.

Entwicklung neuer Methoden zur Quantifizierung der Fisch-Dichte mit Unterwasser-Stereo-Video-Tools

The use of video camera systems in ecological studies of fish continues to gain traction as a viable, non-extractive method of measuring fish lengths and ...

development-new-methods-for-quantifying-fish-density-using-underwater

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Environment

9.2K Aufrufe.  Moss Landing Marine Laboratories. Wir beschreiben eine neue Methode für das zählen der Fische, und relative Häufigkeit (MaxN) und Fisch-Dichte mit rotierenden Stereo-Video-Kamera-Systeme zu schätzen. Wir demonstrieren auch Abstand von der Kamera (Z-Abstand) zu verwenden, um artspezifische Nachweisbarkeit zu schätzen.

Serie: Development of New Methods for Quantifying Fish Density Using Underwater Stereo-video Tools

Methods for Performing Crosses in Setaria viridis, a New Model System for the Grasses

Setaria viridis is an emerging model system for C4 grasses. It is closely related to the bioenergy feed stock switchgrass and the grain crop foxtail millet. Recently, the 510 Mb genome of foxtail millet, S. italica, has been sequenced 1,2 and a 25x coverage genome sequence of the weedy relative S. viridis is in progress. S. viridis has a number of characteristics that make it a potentially excellent model genetic system including a rapid generation time, small stature, simple growth requirements, prolific seed production 3 and developed systems for both transient and stable transformation 4. However, the genetics of S. viridis is largely unexplored, in part, due to the lack of detailed methods for performing crosses. To date, no standard protocol has been adopted that will permit rapid production of seeds from controlled crosses.
The protocol presented here is optimized for performing genetic crosses in S. viridis, accession A10.1. We have employed a simple heat treatment with warm water for emasculation after pruning the panicle to retain 20-30 florets and labeling of flowers to eliminate seeds resulting from newly developed flowers after emasculation. After testing a series of heat treatments at permissive temperatures and varying the duration of dipping, we have established an optimum temperature and time range of 48 &deg;C for 3-6 min. By using this method, a minimum of 15 crosses can be performed by a single worker per day and an average of 3-5 outcross progeny per panicle can be recovered. Therefore, an average of 45-75 outcross progeny can be produced by one person in a single day. Broad implementation of this technique will facilitate the development of recombinant inbred line populations of S. viridis X S. viridis or S. viridis X S. italica, mapping mutations through bulk segregant analysis and creating higher order mutants for genetic analysis.

Methods for Performing Crosses in Setaria viridis, a New Model System for the Grasses

We have developed a methodology for performing crosses in Setaria viridis (S. viridis). The method involves pruning the panicle prior to a hot water treatment to kill viable pollen. Crosses are performed following a well-controlled growth regime and typically result in the recovery of 1 to 7 cross-pollinated seed/s per panicle.

Verfahren für Kreuze in<em&gt; Setaria viridis</em&gt;, Ein New Model System für die Gräser

Setaria viridis is an emerging model system for C4 grasses. It is closely related to the bioenergy feed stock switchgrass and the grain crop foxtail ...

Forschung

Umwelt

A Fish-feeding Laboratory Bioassay to Assess the Antipredatory Activity of Secondary Metabolites from the Tissues of Marine Organisms

Marine chemical ecology is a young discipline, having emerged from the collaboration of natural products chemists and marine ecologists in the 1980s with the goal of examining the ecological functions of secondary metabolites from the tissues of marine organisms. The result has been a progression of protocols that have increasingly refined the ecological relevance of the experimental approach. Here we present the most up-to-date version of a fish-feeding laboratory bioassay that enables investigators to assess the antipredatory activity of secondary metabolites from the tissues of marine organisms. Organic metabolites of all polarities are exhaustively extracted from the tissue of the target organism and reconstituted at natural concentrations in a nutritionally appropriate food matrix. Experimental food pellets are presented to a generalist predator in laboratory feeding assays to assess the antipredatory activity of the extract. The procedure described herein uses the bluehead, Thalassoma bifasciatum, to test the palatability of Caribbean marine invertebrates; however, the design may be readily adapted to other systems. Results obtained using this laboratory assay are an important prelude to field experiments that rely on the feeding responses of a full complement of potential predators. Additionally, this bioassay can be used to direct the isolation of feeding-deterrent metabolites through bioassay-guided fractionation. This feeding bioassay has advanced our understanding of the factors that control the distribution and abundance of marine invertebrates on Caribbean coral reefs and may inform investigations in diverse fields of inquiry, including pharmacology, biotechnology, and evolutionary ecology.

This bioassay employs a model predatory fish to assess the presence of feeding-deterrent metabolites from organic extracts of the tissues of marine organisms at natural concentrations using a nutritionally comparable food matrix.

Ein Fisch-Fütterung Labor Bioassay die antipredatory Aktivität von Sekundärmetaboliten aus dem Gewebe mariner Organismen beurteilen

Marine chemical ecology is a young discipline, having emerged from the collaboration of natural products chemists and marine ecologists in the 1980s with ...

Methods of Soil Resampling to Monitor Changes in the Chemical Concentrations of Forest Soils

Recent soils research has shown that important chemical soil characteristics can change in less than a decade, often the result of broad environmental changes. Repeated sampling to monitor these changes in forest soils is a relatively new practice that is not well documented in the literature and has only recently been broadly embraced by the scientific community. The objective of this protocol is therefore to synthesize the latest information on methods of soil resampling in a format that can be used to design and implement a soil monitoring program. Successful monitoring of forest soils requires that a study unit be defined within an area of forested land that can be characterized with replicate sampling locations. A resampling interval of 5 years is recommended, but if monitoring is done to evaluate a specific environmental driver, the rate of change expected in that driver should be taken into consideration. Here, we show that the sampling of the profile can be done by horizon where boundaries can be clearly identified and horizons are sufficiently thick to remove soil without contamination from horizons above or below. Otherwise, sampling can be done by depth interval. Archiving of sample for future reanalysis is a key step in avoiding analytical bias and providing the opportunity for additional analyses as new questions arise.

Repeated soil sampling has recently been shown to be an effective way to monitor forest soil change over years and decades. To support its use, a protocol is presented that synthesizes the latest information on soil resampling methods to aid in the design and implementation of successful soil monitoring programs.

Methoden der Boden Resampling zur Überwachung von Veränderungen in der chemischen Konzentrationen von Waldböden

Recent soils research has shown that important chemical soil characteristics can change in less than a decade, often the result of broad environmental ...

Protocols for Quantifying Transferable Pesticide Residues in Turfgrass Systems

Plant canopies in established turfgrass systems can intercept an appreciable amount of sprayed pesticides, which can be transferred through various routes onto humans. For this reason, transferable pesticide residue experiments are required for registration and re-registration by the United States Environmental Protection Agency (USEPA). Although such experiments are required, limited specificity is required pertaining to experimental approach. Experimental approaches used to assess pesticide transfer to humans including hand wiping with cotton gloves, modified California roller (moving a roller of known mass over cotton cloth) and soccer ball roll (ball wrapped with sorbent strip) over three treated turfgrass species (creeping bentgrass, hybrid bermudagrass and tall fescue maintained at 0.4, 5 and 9 cm, respectively) are presented. The modified California roller is the most extensively utilized approach to date, and is best suited for use at low mowing heights due to its reproducibility and large sampling area. The soccer ball roll is a less aggressive transfer approach; however, it mimics a very common occurrence in the most popular international sport, and has many implications for nondietary pesticide exposure from hand-to-mouth contact. Additionally, this approach may be adjusted for other athletic activities with limited modification. Hand wiping is the best approach to transfer pesticides at higher mowing heights, as roller-based approaches can lay blades over; however, it is more subjective due to more variable sampling pressure. Utility of these methods across turfgrass species is presented, and additional considerations to conduct transferable pesticide residue research in turfgrass systems are discussed.

Transferable pesticide residue experiments in turfgrass systems are integral components of human risk exposure assessments. Experimental approaches to measure transferable residues should be adjusted to the human interaction of interest and turfgrass system dynamics. Three transferable pesticide residue protocols are presented and the suitability across three turfgrass systems is discussed.

Protokolle für die Quantifizierung tragbare Pestizidrückstände in Turfgrass Systeme

Plant canopies in established turfgrass systems can intercept an appreciable amount of sprayed pesticides, which can be transferred through various routes ...

High-pressure, High-temperature Deformation Experiment Using the New Generation Griggs-type Apparatus

In order to address geological processes at great depths, rock deformation should ideally be tested at high pressure (&#62; 0.5 GPa) and high temperature (&#62; 300 &#176;C). However, because of the low stress resolution of current solid-pressure-medium apparatuses, high-resolution measurements are today restricted to low-pressure deformation experiments in the gas-pressure-medium apparatus. A new generation of solid-medium piston-cylinder (&#34;Griggs-type&#34;) apparatus is here described. Able to perform high-pressure deformation experiments up to 5 GPa and designed to adapt an internal load cell, such a new apparatus offers the potential to establish a technological basis for high-pressure rheology. This paper provides video-based detailed documentation of the procedure (using the &#34;conventional&#34; solid-salt assembly) to perform high-pressure, high-temperature experiments with the newly designed Griggs-type apparatus. A representative result of a Carrara marble sample deformed at 700 &#176;C, 1.5 GPa and 10-5 s-1 with the new press is also given. The related stress-time curve illustrates all steps of a Griggs-type experiment, from increasing pressure and temperature to sample quenching when deformation is stopped. Together with future developments, the critical steps and limitations of the Griggs apparatus are then discussed.

Rock deformation needs to be quantified at high pressure. A description of the procedure to perform deformation experiments in a newly designed solid-medium Griggs-type apparatus is here given. This provides technological basis for future rheological studies at pressures up to 5 GPa.

Hochdruck- und Hochtemperatur-Verformung Experiment mit der neuen Generation Griggs-Typ Apparat

In order to address geological processes at great depths, rock deformation should ideally be tested at high pressure (&#62; 0.5 GPa) and high temperature ...

Bioindication Testing of Stream Environment Suitability for Young Freshwater Pearl Mussels Using In Situ Exposure Methods

Knowledge of habitat suitability for freshwater mussels is an important step in the conservation of this endangered species group. We describe a protocol for performing in situ juvenile exposure tests within oligotrophic river catchments over one-month and three-month periods. Two methods (in both modifications) are presented to evaluate the juvenile growth and survival rate. The methods and modifications differ in value for the locality bioindication and each has its benefits as well as limitations. The sandy cage method works with a large set of individuals, but only some of the individuals are measured and the results are evaluated in bulk. In the mesh cage method, the individuals are kept and measured separately, but a low individual number is evaluated. The open water exposure modification is relatively easy to apply; it shows the juvenile growth potential of sites and can also be effective for water toxicity testing. The within-bed exposure modification needs a high workload but is closer to the conditions of a natural juvenile environment and it is better for reporting the real suitability of localities. On the other hand, more replications are needed in this modification due to its high-hyporheic environment variability.

Bioindication Testing of Stream Environment Suitability for Young Freshwater Pearl Mussels Using In Situ Exposure Methods

In situ bioindications enable determination of the suitability of an environment for endangered mussel species. We describe two methods based on the juvenile exposure of freshwater pearl mussels in cages to oligotrophic river habitats. Both methods are implemented in variants for open water and hyporheic water environments.

Bioindikation Prüfung von Stream Umwelt Eignung für junge Süßwasser Perle Miesmuscheln mit In Situ Belichtungsmethoden

Knowledge of habitat suitability for freshwater mussels is an important step in the conservation of this endangered species group. We describe a protocol ...

Necropsy-based Wild Fish Health Assessment

Anthropogenic influences from increased nutrients and chemical contaminants, to habitat alterations and climate change, can have significant effects on fish populations. Adverse effects monitoring, utilizing biomarkers from the organismal to the molecular level, can be used to assess the cumulative effects on fishes and other organisms. Fish health has been used worldwide as an indicator of aquatic ecosystem health. The necropsy-based fish health assessment provides data on visible abnormalities and lesions, parasites, condition and organosomatic indices. These can be compared by site, season and sex, as well as temporally, to document change over time. Severity ratings can be assigned to various observations to calculate a fish health index for more quantitative assessment. A drawback of the necropsy-based assessment is that it is based on visual observations and condition factors, which are not as sensitive as tissue and subcellular biomarkers for sublethal effects. Additionally, it is rarely possible to identify causes or risk factors associated with observed abnormalities. So, for instance a raised lesion or "tumor" on the fins, lips or body surface may be a neoplasm. However, it could also be a response to a parasite, chronic inflammation or hyperplasia of normal cells in response to an irritant. Conversely, neoplasms, certain parasites, other infectious agents and many tissue changes are not visible and so may be underestimated. However, during the necropsy-based assessment, blood (plasma), tissues for histopathology (microscopic pathology), genomics and other molecular analyses, and otoliths for aging can be collected. These downstream analyses, together with geospatial analyses, habitat assessments, water quality and contaminant analyses can all be important in comprehensive ecosystem evaluations.

The health of wild fishes can be used as an indicator of aquatic ecosystem health. Necropsy-based fish health assessments provide documentation of visible lesions or abnormalities, data used to calculate condition indices as well as the opportunity to collect tissues for microscopic evaluation, gene expression and other more in-depth analyses.

Autopsie-basierte Wildfisch Gesundheitsprüfung

Anthropogenic influences from increased nutrients and chemical contaminants, to habitat alterations and climate change, can have significant effects on ...

A New Portable In Vitro Exposure Cassette for Aerosol Sampling

This protocol introduces a new in vitro exposure system, capable of being worn, including its characterization and performance. Air-liquid interface (ALI) in vitro exposure systems are often large and bulky, making transport to the field and operation at the source of emission or within the breathing zone difficult. Through miniaturization of these systems, the lab can be brought to the field, expediting processing time and providing a more appropriate exposure method that does not alter the aerosol prior to contacting the cells. The Portable In vitro Exposure Cassette (PIVEC) adapts a 37 mm filter cassette to allow for in vitro toxicity testing outside of a traditional laboratory setting. The PIVEC was characterized using three sizes of copper nanoparticles to determine deposition efficiency based on gravimetric and particle number concentration analysis. Initial cytotoxicity experiments were performed with exposed lung cells to determine the ability of the system to deposit particles while maintaining cell viability. The PIVEC provides a similar or increased deposition efficiency when comparing to available perpendicular flow in vitro exposure devices. Despite the lower sample throughput, the small size gives some advantages to the current in vitro ALI exposure systems. These include the ability to be worn for personal monitoring, mobility from the laboratory to the source of emission, and the option to set-up multiple systems for spatial resolution while maintaining a lower user cost. The PIVEC is a system capable of collecting aerosols in the field and within the breathing zone onto an air-interfaced, in vitro model.

A New Portable In Vitro Exposure Cassette for Aerosol Sampling

Here, we present a protocol to perform portable cellular aerosol exposures and measure cellular response. The method uses cells, grown at the air-liquid interface, mimicking in vivo physiology. Cellular response to copper nanoparticle aerosols was observed as oxidative stress through reactive oxygen species generation and cytotoxicity as lactate dehydrogenase release.

Eine neue Portable In-vitro- Exposition Kassette für Aerosol-Sampling

This protocol introduces a new in vitro exposure system, capable of being worn, including its characterization and performance. Air-liquid interface (ALI) ...

Combined Size and Density Fractionation of Soils for Investigations of Organo-Mineral Interactions

Combined size and density fractionation (CSDF) is a method used to physically separate soil into fractions differing in particle size and mineralogy. CSDF relies on sequential density separation and sedimentation steps to isolate (1) the free light fraction (uncomplexed organic matter), (2) the occluded light fraction (uncomplexed organic matter trapped in soil aggregates) and (3) a variable number of heavy fractions (soil minerals and their associated organic matter) differing in composition. Provided that the parameters of the CSDF (dispersion energy, density cut-offs, sedimentation time) are properly selected, the method yields heavy fractions of relatively homogeneous mineral composition. Each of these fractions is expected to have a different complexing ability towards organic matter, rendering this a useful method to isolate and study the nature of organo-mineral interactions. Combining density and particle size separation brings an improved resolution compared to simple size or density fractionation methods, allowing the separation of heavy components according to both mineralogy and size (related to surface area) criteria. As is the case for all physical fractionation methods, it may be considered as less disruptive or aggressive than chemically-based extraction methods. However, CSDF is a time-consuming method and furthermore, the quantity of material obtained in some fractions can be limiting for subsequent analysis. Following CSDF, the fractions may be analyzed for mineralogical composition, soil organic carbon concentration and organic matter chemistry. The method provides quantitative information about organic carbon distribution within a soil sample and brings light to the sorptive capacity of the different, naturally-occurring mineral phases, thus providing mechanistic information about the preferential nature of organo-mineral interactions in soils (i.e., which minerals, what type of organic matter).

Combined size and density fractionation (CSDF) is a method to physically separate soil into fractions differing in texture (particle size) and mineralogy (density). The purpose is to isolate fractions with different reactivities towards soil organic matter (SOM), in order to better understand organo-mineral interactions and SOM dynamics.

Kombinierte Größe und Dichte Fraktionierung von Böden für Untersuchungen von Organo-mineralische Interaktionen

Combined size and density fractionation (CSDF) is a method used to physically separate soil into fractions differing in particle size and mineralogy. CSDF ...

A Method for Quantifying Foliage-Dwelling Arthropods

Terrestrial arthropods play an important role in our environment. Quantifying arthropods in a way that allows for a precise index or estimates of density requires a method with high detection probability and a known sampling area. While most described methods provide a qualitative or semi-quantitative estimate adequate for describing species presence, richness, and diversity, few provide an adequately consistent detection probability and known or consistent sampling areas to provide an index or estimate with adequate precision to detect differences in abundance across environmental, spatial, or temporal variables. We describe how to quantify leaf-dwelling arthropods by sealing the leaves and end of branches in a bag, clipping and freezing the bagged material, and rinsing the previously frozen material in water to separate arthropods from the substrate and quantify them. As we demonstrate, this method can be used at a landscape scale to quantify leaf-dwelling arthropods with adequate precision to test for and describe how spatial, temporal, environmental, and ecological variables influence arthropod richness and abundance. This method allowed us to detect differences in density, richness, and diversity of leaf-dwelling arthropods among 5 genera of trees commonly found in southeastern deciduous forests.

We describe how to quantify leaf dwelling arthropods by sealing the leaves and end of branches in a bag, clipping and freezing the bagged material, and rinsing the previously frozen material in water to separate arthropods from the substrate for quantification.

Eine Methode zur Quantifizierung von Laub-Behausungs-Arthropoden

Terrestrial arthropods play an important role in our environment. Quantifying arthropods in a way that allows for a precise index or estimates of density ...