RESUMEN
The decreasing cost of acquiring computed tomographic (CT) data has fueled a global effort to digitize the anatomy of museum specimens. This effort has produced a wealth of open access digital three-dimensional (3D) models of anatomy available to anyone with access to the Internet. The potential applications of these data are broad, ranging from 3D printing for purely educational purposes to the development of highly advanced biomechanical models of anatomical structures. However, while virtually anyone can access these digital data, relatively few have the training to easily derive a desirable product (e.g., a 3D visualization of an anatomical structure) from them. Here, we present a workflow based on free, open source, cross-platform software for processing CT data. We provide step-by-step instructions that start with acquiring CT data from a new reconstruction or an open access repository, and progress through visualizing, measuring, landmarking, and constructing digital 3D models of anatomical structures. We also include instructions for digital dissection, data reduction, and exporting data for use in downstream applications such as 3D printing. Finally, we provide Supplementary Videos and workflows that demonstrate how the workflow facilitates five specific applications: measuring functional traits associated with feeding, digitally isolating anatomical structures, isolating regions of interest using semi-automated segmentation, collecting data with simple visual tools, and reducing file size and converting file type of a 3D model.
PORTUGUÊS (PORTUGUESE) O Guia da Galáxia da Tomografia Computadorizada para um Biólogo: instruções passo a passo para preparar e analisar dados tomográficos usando um software gratuito de acesso aberto Thaddaeus J. Buser, Olivia F. Boyd, Álvaro Cortés, Cassandra M. Donatelli, Matthew A. Kolmann, Jennifer L. Luparell, Janne A. Pfeiffenberger, Brian L. Sidlauskas, Adam P. Summers RESUMOO custo decrescente da obtenção de dados de Tomografia Computadorizada (TC) alimentou um esforço global para digitalizar espécimes depositados em museus. Esse esforço produziu uma grande variedade de modelos digitais 3 D com dados de anatomia, disponíveis para qualquer pessoa com acesso à Internet. As aplicações potenciais desses dados são amplas, desde a impressão 3 D para fins puramente educacionais, até o desenvolvimento de modelos biomecânicos de estruturas anatômicas altamente avançados. No entanto, enquanto praticamente qualquer pessoa pode acessar esses dados digitais, relativamente poucos têm o treinamento para obter facilmente um produto de interesse (por exemplo, uma visualização 3 D de uma estrutura anatômica). Aqui, apresentamos um tutorial baseado em um software gratuito de código aberto e multiplataforma para o processamento de dados de TC. Fornecemos instruções passo a passo que começam com a obtenção de dados de TC a partir de uma nova reconstrução ou num repositório de acesso aberto, e progredimos através da visualização, medição, marca de referência e construção de modelos digitais 3 D de estruturas anatômicas. Também incluímos instruções para dissecação digital, redução de dados e exportação de dados para uso em aplicativos posteriores, como os de impressoras 3 D. Por fim, fornecemos vídeos e tutoriais suplementares que demonstram como o tutorial facilita cinco aplicações específicas: medir características funcionais associadas à alimentação, isolar estruturas anatômicas digitalmente, isolar regiões de interesse usando segmentação semi-automática, coletar dados com ferramentas visuais simples, e reduzir o tamanho de arquivo e converter o tipo de arquivo do modelo 3 D.
FRANÇAIS (FRENCH) Guide de l'historien de la nature à travers la galaxie TDM: instructions étape par étape pour la préparation et l'analyse de données tomodensitométrique (TDM) à l'aide d'un logiciel à accès ouvert multiplateforme Thaddaeus J. Buser, Olivia F. Boyd, Álvaro Cortés, Cassandra M. Donatelli, Matthew A. Kolmann, Jennifer L. Luparell, Janne A. Pfeiffenberger, Brian L. Sidlauskas, Adam P. Summers RÉSUMÉLe coût décroissant de l'acquisition de données tomodensitométriques (TDM) a alimenté un effort mondial pour numériser l'anatomie des spécimens de musée. Cet effort a produit une multitude de modèles d'anatomie numérique 3 D en accès libre accessibles à tous ceux qui ont accès à Internet. Les applications potentielles de ces données sont vastes, allant de l'impression 3 D à des fins purement pédagogiques au développement de modèles biomécaniques de structures anatomiques très avancés. Cependant, alors que pratiquement tout le monde peut accéder à ces données numériques, relativement peu ont la formation nécessaire pour en tirer facilement un produit intéressant (par exemple, une visualisation 3 D d'une structure anatomique). Ici, nous présentons un flux de travail basé sur un logiciel gratuit, à accès ouvert et multiplateforme pour le traitement des données TDM. Nous fournissons des instructions étape par étape qui commencent par l'acquisition de données TDM à partir d'une nouvelle reconstruction ou d'un référentiel en accès gratuit, et progressent à travers la visualisation, la mesure, le marquage et la construction de modèles numériques 3 D de structures anatomiques. Nous incluons également des instructions pour la dissection numérique, la réduction des données et l'exportation de données à utiliser dans des applications en aval telles que l'impression 3 D. Enfin, nous proposons des vidéos et des workflows supplémentaires qui montrent comment le workflow facilite cinq applications spécifiques: mesurer les traits fonctionnels associés à l'alimentation, isoler numériquement les structures anatomiques, isoler les régions d'intérêt à l'aide de la segmentation semi-automatisée, collecter des données avec des outils visuels simples, réduire la taille du fichier et convertir le type de fichierd'un modèle 3 D.
RESUMEN
Evolutionary transitions between habitats have been catalysts for some of the most stunning examples of adaptive diversification, with novel niches and new resources providing ecological opportunity for such radiations. In aquatic animals, transitions from saltwater to freshwater habitats are rare, but occur often enough that in the Neotropics for example, marine-derived fishes contribute noticeably to regional ichthyofaunal diversity. Here, we investigate how morphology has evolved in a group of temperate fishes that contain a marine to freshwater transition: the sculpins (Percomorpha; Cottoidea). We devised a novel method for classifying dietary niche and relating functional aspects of prey to their predators. Coupled with functional measurements of the jaw apparatus in cottoids, we explored whether freshwater sculpins have fundamentally changed their niche after invading freshwater (niche lability) or if they retain a niche similar to their marine cousins (niche conservatism). Freshwater sculpins exhibit both phylogeographical and ecological signals of phylogenetic niche conservatism, meaning that regardless of habitat, sculpins fill similar niche roles in either saltwater or freshwater. Rather than competition guiding niche conservatism in freshwater cottoids, we argue that strong intrinsic constraints on morphological and ecological evolution are at play, contra to other studies of diversification in marine-derived freshwater fishes. However, several intertidal and subtidal sculpins as well as several pelagic freshwater species from Lake Baikal show remarkable departures from the typical sculpin bauplan. Our method of prey categorization provides an explicit, quantitative means of classifying dietary niche for macroevolutionary studies, rather than relying on somewhat arbitrary means used in previous literature.
Tem Nicho, Viaja. Novos Meios de Associar Dieta e Ecomorfologia Revelam Conservadorismo de Nicho em Peixes Cotoides de Água Doce (Have Niche, Will Travel. New Means of Linking Diet and Ecomorphology Reveals Niche Conservatism in Freshwater Cottoid Fishes) Transições evolutivas entre habitats têm sido catalisadores de alguns dos mais impressionantes exemplos de diversificação adaptativa, com novos nichos e recursos proporcionando oportunidade ecológica para tais radiações. Em animais aquáticos, as transições de água salgada para habitats de água doce são raras, mas ocorrem com freqüência suficiente para que, nos Neotrópicos, por exemplo, os peixes marinhos contribuam notavelmente para a diversidade regional da ictiofauna. Aqui, nós investigamos como a morfologia evoluiu em um grupo de peixes temperados que contêm uma transição marinha para a água doce: os esculpentes (Percomorpha; Cottoidea). Nós concebemos um novo método para classificar o nicho alimentar e relacionar os aspectos funcionais das presas aos seus predadores. Juntamente com medidas funcionais do aparato de mandíbula em cotoides, exploramos se os esculpentes de água doce mudaram fundamentalmente seu nicho depois de invadi-la (labilidade de nicho) ou se eles mantêm um nicho semelhante aos seus primos marinhos (conservadorismo de nicho). Os esculpentes de água doce exibem sinais filogeográficos e ecológicos de conservadorismo filogenético de nicho, o que significa que, independente do habitat, os esculpentes preenchem papéis ecológicos semelhantes em água salgada ou doce. Mais do que a concorrência guiando o conservadorismo de nicho em cotoides de água doce, argumentamos que fortes restrições intrínsecas à evolução morfológica e ecológica estão em jogo, em contraste com outros estudos de diversificação em peixes de água doce derivados do mar. No entanto, vários esculpentes intertidais e subtidais, bem como várias espécies pelágicas de água doce do Lago Baikal, mostram notáveis desvios do típico bauplan dos esculpentes. Nosso método de categorização de presas fornece um modo explícito e quantitativo de classificar o nicho alimentar para estudos macroevolutivos ao invéz de depender de meios arbitrários usados na literatura anterior. Translated to Portuguese by G. Sobral (gabisobral@gmail.com).