【技術文章】利用 Specim IQ 揭示進化的秘密

非洲最南部的沙漠和半沙漠是氣候干旱、降雨量少、溫度極端、不適合居住的地方。這里是生石花的故鄉，生石花可能是世界上最奇怪的植物。

芬蘭生物學家 Tommi Nyman 博士（東芬蘭大學和挪威 NIBIO Svanhovd）和他的南非同事、斯泰倫博斯大學的植物生態學家 Allan Ellis 教授也在這里從進化的角度研究植物。為了幫助他們進行研究，他們選擇了 Specim IQ。相機體積小巧，電池壽命長，非常適合野外條件，其高速可以應對強烈而交替的光線。

在如此惡劣的環境中，所有植物都需要某種保護來抵御動物。生石花依靠偽裝：每株植物大部分埋在土壤中，只有多汁的葉子的平頂突出到土壤表面。這使得生石花幾乎隱形。

但問題是，南非、納米比亞和博茨瓦納的土壤特性差異很大：礫石可能是棕色、灰色、黃色、紅色或近乎白色，顆粒大小也從細沙到大卵石不等。遲早，一些生石花的后代會發現自己處于一個惡劣的環境中，與周圍環境格格不入。

這里我們談到了查爾斯·達爾文和阿爾弗雷德·拉塞爾·華萊士 150 多年前提出的進化論的核心：如果生石花個體之間的上表面顏色各不相同，如果顏色是由基因決定的并且可遺傳，如果偽裝能力差的個體比隱蔽的個體更容易被吃掉，那么隨著時間的推移，植物的顏色和圖案將趨向于向當地土壤的視覺特性靠攏。

現代進化研究中最核心的問題之一是生態特征在新物種起源中的作用。這次旅行可能會揭示這個難題的一些新方面。假設：生石花屬的表型（顏色）差異是由對局部優化偽裝的選擇驅動的。

在比較生石花植物和地形的顏色時，必須盡可能獲得準確、客觀的顏色測量值。高光譜成像正是為此而生。

高光譜相機非常適合顏色測量，因為它比 RGB 相機更精確，而且與目視檢查不同，它是完全客觀的。例如，可以在 Lab 顏色空間中以 ?E<1 的精度定義目標的絕對顏色，或者以 ?E=8-10 的精度定義相對于另一個目標的相對顏色。

接下來，就是尋找一臺可以在南非沙漠的極端條件下工作的高光譜相機。那里路途遙遠，道路崎嶇，溫度變化多樣，從寒冷的夜晚到酷熱的白天，到處都是灰塵，光線刺眼且變化迅速，因此你需要滿足某些要求的設備。

您需要的是一臺小巧耐用、高品質且快速的相機。當 Tommi Nyman 了解到 Specim IQ 時，他知道這就是他們探險所需的相機。

“地形多巖石，所以你不想隨身攜帶又大又重的設備，”湯米·尼曼博士說。“Specim IQ 體積小巧，便于攜帶，便于在野外運輸和使用，對于我們進行所需的測量非常方便?！?/p>

IQ 的長電池壽命也被認為是一大優勢，因為團隊在野外露營了 3-4 個晚上，只返回城鎮一晚來儲備、更新和充電電池?！霸谝巴?，你需要一臺用一塊電池就能工作一整天的相機，”Nyman 博士說。

Specim IQ 相機也非?？?，這在嚴酷且快速變化的光照條件下至關重要。非洲的光線很刺眼，白天光線直接從上方照射。陰影清晰而深邃。當云層遮住太陽時，光照條件會在短時間內發生劇烈變化。因此，當您將積分時間設置為特定光照條件時，您希望在下一朵云出現并完全改變光照條件之前快速拍攝圖像。

起初，一切都按計劃進行，Specim IQ 也正如團隊所希望的那樣工作。然后，相機開始出現故障，最后完全停止工作。“我們聯系了 Specim，想知道我們能否解決這個問題”，Nyman 博士回憶道。盡管 Specim 人員迅速回復，團隊也從芬蘭獲得了有關非洲的信息和指示，但什么也做不了。

雖然他們無法繼續測量，但幸運的是，此時有足夠的數據讓項目繼續進行。至于相機，它被運回芬蘭的 Specim 工廠，在那里被打開以查看發生了什么。

維修期間首先注意到的是，相機沒有留下任何暴露在灰塵環境中的痕跡——相機內部絕對干凈。然而，Lithops 項目使用的 IQ 相機單元是早期原型之一，仔細檢查后發現，拍攝不到 10,000 張圖像后，其中一個關鍵部件就壞了。這個已知問題已針對生產型號進行了重新設計，目前的相機可以拍攝數十萬張圖像。

湯米·尼曼博士

目前已收集所有所需數據，Lithops 項目將繼續進行數據分析。結果將于稍后公布。

至于高光譜成像，生態學研究方面仍有很多工作要做。這是一個廣闊的研究領域，存在與 Lithops 項目中研究的問題類似的問題。一旦有了易于運輸和現場使用的設備，它在生態研究中肯定會有很多用處。(來源:Specim 高光譜成像)