【技术文章】利用 Specim IQ 揭示进化的秘密

非洲最南部的沙漠和半沙漠是气候干旱、降雨量少、温度极端、不适合居住的地方。这里是生石花的故乡，生石花可能是世界上最奇怪的植物。

芬兰生物学家 Tommi Nyman 博士（东芬兰大学和挪威 NIBIO Svanhovd）和他的南非同事、斯泰伦博斯大学的植物生态学家 Allan Ellis 教授也在这里从进化的角度研究植物。为了帮助他们进行研究，他们选择了 Specim IQ。相机体积小巧，电池寿命长，非常适合野外条件，其高速可以应对强烈而交替的光线。

在如此恶劣的环境中，所有植物都需要某种保护来抵御动物。生石花依靠伪装：每株植物大部分埋在土壤中，只有多汁的叶子的平顶突出到土壤表面。这使得生石花几乎隐形。

但问题是，南非、纳米比亚和博茨瓦纳的土壤特性差异很大：砾石可能是棕色、灰色、黄色、红色或近乎白色，颗粒大小也从细沙到大卵石不等。迟早，一些生石花的后代会发现自己处于一个恶劣的环境中，与周围环境格格不入。

这里我们谈到了查尔斯·达尔文和阿尔弗雷德·拉塞尔·华莱士 150 多年前提出的进化论的核心：如果生石花个体之间的上表面颜色各不相同，如果颜色是由基因决定的并且可遗传，如果伪装能力差的个体比隐蔽的个体更容易被吃掉，那么随着时间的推移，植物的颜色和图案将趋向于向当地土壤的视觉特性靠拢。

现代进化研究中最核心的问题之一是生态特征在新物种起源中的作用。这次旅行可能会揭示这个难题的一些新方面。假设：生石花属的表型（颜色）差异是由对局部优化伪装的选择驱动的。

在比较生石花植物和地形的颜色时，必须尽可能获得准确、客观的颜色测量值。高光谱成像正是为此而生。

高光谱相机非常适合颜色测量，因为它比 RGB 相机更精确，而且与目视检查不同，它是完全客观的。例如，可以在 Lab 颜色空间中以 ∆E<1 的精度定义目标的绝对颜色，或者以 ∆E=8-10 的精度定义相对于另一个目标的相对颜色。

接下来，就是寻找一台可以在南非沙漠的极端条件下工作的高光谱相机。那里路途遥远，道路崎岖，温度变化多样，从寒冷的夜晚到酷热的白天，到处都是灰尘，光线刺眼且变化迅速，因此你需要满足某些要求的设备。

您需要的是一台小巧耐用、高品质且快速的相机。当 Tommi Nyman 了解到 Specim IQ 时，他知道这就是他们探险所需的相机。

“地形多岩石，所以你不想随身携带又大又重的设备，”汤米·尼曼博士说。“Specim IQ 体积小巧，便于携带，便于在野外运输和使用，对于我们进行所需的测量非常方便。”

IQ 的长电池寿命也被认为是一大优势，因为团队在野外露营了 3-4 个晚上，只返回城镇一晚来储备、更新和充电电池。“在野外，你需要一台用一块电池就能工作一整天的相机，”Nyman 博士说。

Specim IQ 相机也非常快，这在严酷且快速变化的光照条件下至关重要。非洲的光线很刺眼，白天光线直接从上方照射。阴影清晰而深邃。当云层遮住太阳时，光照条件会在短时间内发生剧烈变化。因此，当您将积分时间设置为特定光照条件时，您希望在下一朵云出现并完全改变光照条件之前快速拍摄图像。

起初，一切都按计划进行，Specim IQ 也正如团队所希望的那样工作。然后，相机开始出现故障，最后完全停止工作。“我们联系了 Specim，想知道我们能否解决这个问题”，Nyman 博士回忆道。尽管 Specim 人员迅速回复，团队也从芬兰获得了有关非洲的信息和指示，但什么也做不了。

虽然他们无法继续测量，但幸运的是，此时有足够的数据让项目继续进行。至于相机，它被运回芬兰的 Specim 工厂，在那里被打开以查看发生了什么。

维修期间首先注意到的是，相机没有留下任何暴露在灰尘环境中的痕迹——相机内部绝对干净。然而，Lithops 项目使用的 IQ 相机单元是早期原型之一，仔细检查后发现，拍摄不到 10,000 张图像后，其中一个关键部件就坏了。这个已知问题已针对生产型号进行了重新设计，目前的相机可以拍摄数十万张图像。

汤米·尼曼博士

目前已收集所有所需数据，Lithops 项目将继续进行数据分析。结果将于稍后公布。

至于高光谱成像，生态学研究方面仍有很多工作要做。这是一个广阔的研究领域，存在与 Lithops 项目中研究的问题类似的问题。一旦有了易于运输和现场使用的设备，它在生态研究中肯定会有很多用处。(来源:Specim 高光谱成像)