中国团队发布“数字鲨鱼图谱” 为软骨鱼类研究提供三维解剖数据资源
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中新网北京10月19日电(记者孙自法)记者10月19日从中国科学院古脊椎动物与古人类研究所(古脊椎所)卢静研究员团队获悉，该团队近日正式发布“数字鲨鱼图谱”(DigitalSharkAtlas)，建立一套覆盖现生鲨鱼主要演化支系、基于CT扫描与三维解剖重建的开放共享三维解剖数据集，为软骨鱼类演化与功能形态学研究提供三维解剖数据资源。不同现生鲨鱼的三维解剖模型。卢静团队供图这项为鲨鱼比较解剖、功能形态学、生物力学、演化发育以及仿生学研究提供系统三维解剖数据资源的重要研究成果，近日在国际学术期刊《科学数据》(ScientificData)发表。同时，“数字鲨鱼图谱”已通过中国科学院古脊椎所自主建设的三维形态学数据库(ADMorph)向全球开放共享。建立开放获取的“数字鲨鱼图谱”研究团队介绍，鲨鱼是现生有颌脊椎动物中形态与生态高度多样化的类群，从近岸礁区到深海，从底栖伏击者到远洋巡游者，其头部、颌部、鳍和躯干结构随生态生活方式发生显著分化。这些形态差异不仅记录了鲨鱼漫长的演化历史，也为研究脊椎动物摄食、运动和环境适应机制提供了重要材料。然而，与丰富的物种多样性相比，可用于跨物种比较的标准化三维解剖数据仍较有限。已有数字化研究多集中于单一物种或头骨、下颌等局部结构，同时涵盖多个鲨鱼类群并完整包含骨骼与软组织的三维数据尤为缺乏。现生鲨鱼三维数据集的系统发育框架及生态类型。卢静团队供图研究团队基于X射线计算机断层扫描(CT)数据，对现生鲨鱼开展系统的三维解剖重建，通过大规模人工精细分割和标准化解剖标注，建立开放获取的“数字鲨鱼图谱”。该数据集收录117件鲨鱼标本，涵盖72个物种、25个科，覆盖现生鲨鱼全部9个目。其中，115件标本完成全身三维重建，2件完成头部三维重建，为鲨鱼跨类群形态比较、演化及功能形态学研究提供了系统的数字解剖资源。“数字鲨鱼图谱”系统重建了脑颅、上下颌、舌弓和鳃弓等头部骨骼结构，以及脊柱、胸鳍和腹鳍骨骼等中轴骨骼与附肢骨骼。对于保存条件较好的标本，研究团队还进一步重建了肌肉、皮肤、胃内容物、生殖系统及胚胎等软组织结构，部分标本包含近百块独立肌肉的三维模型。面向多种需求提供三维数据资源研究团队指出，不同于传统的整体形态展示，“数字鲨鱼图谱”支持从完整个体逐层拆解至单个解剖结构，实现不同器官和组织的独立观察与比较。所有模型均关联相应的标本信息和标准化元数据，支持在线检索与下载，为后续解剖学、比较形态学和功能演化研究提供了可直接使用的三维数据资源。“数字鲨鱼图谱”可广泛应用于比较解剖学、功能形态学、生物力学及仿生学等研究领域。研究人员既可以获取完整标本的三维模型，也可以根据研究需要，单独下载脑颅、上下颌、脊柱和鳍骨骼等解剖结构，开展跨物种形态比较与几何形态测量。完整的颌部骨骼模型可用于有限元分析，研究鲨鱼的咬合力学与摄食功能；保留完整体表形态的三维模型经过适当的网格处理后，还可用于计算流体动力学模拟，比较不同形态和体型鲨鱼的游泳水动力特征。此外，这批三维模型还可用于3D打印、虚拟现实交互、博物馆科普展陈及科学教育等领域，推动科学数据从基础研究向科普教育和公众传播拓展。鲨鱼CT数据三维分割与重建流程，以扁鲨为例。卢静团队供图中国科学院古脊椎所的三维形态学数据库平台面向脊椎动物形态与演化研究，系统汇集高精度CT影像、三维解剖模型及科学复原成果，通过标准化元数据管理、在线三维预览和数据下载等功能，为数字标本的保存、共享与科研利用提供支撑。“数字鲨鱼图谱”是该平台的重要专题数据集之一，研究人员可访问和获取相关三维解剖资源。(完)-->