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AFORO. Otolitos en 3D para identificar peces

AFORO es una de las más importantes bases de otolitos (estructuras internas del oído de los peces). Ahora, en un trabajo interdisciplinario, han entrado en una nueva fase, AFORO3D, incorporando modelos virtuales en 3D de los otolitos y abriendo la puerta a un abanico de posibilidades hasta hace poco imposibles.

Peces con su correspondiente otolito a la derecha. Arriba, Zeus Faber o pez de San Pedro. Debajo, Paracanthurus hepatus o pez cirujano azul.Desde 2002, investigadores del Institut de Ciencias del Mar del CSIC y de la Universidad Politécnica de Cataluña han desarrollado en AFORO sistemas de análisis de imágenes y un entorno de bases de datos para la identificación automática de especies de peces y poblaciones en base a los contornos de los otolitos.

AFORO es el acrónimo de Anàlisis de FORmas d'Otolitos. Su sistema de clasificación de imágenes en 2D, da unos porcentajes de identificación correctos del 70% a nivel de especies y del 90% a nivel de género y familia.

Más recientemente, y como gran novedad, han empezado a incorporar imágenes en 3D, lo que ofrecerá más fiabilidad a la hora de identificarlos. Y que, sobre todo, permitirá disponer de modelos virtuales tridimensionales de los otolitos, de forma que será posible estudiarlos sin tenerlos físicamente. También se podrán aplicar estos modelos virtuales tridimensionales en estudios de biomecánica del oído.

Es como el DNI del pez

Los otolitos, estructuras internas del oído de los peces, están formados por cristales de carbonato calcio en su forma de aragonito principalmente, que no se degradan fácilmente. "Los otolitos son un poco como el DNI del pez", explica Antoni Lombarte, científico del Instituto de Ciencias del Mar del CSIC y responsable del proyecto actual. "Permiten identificar no sólo la especie sino otras cosas, como su edad o desplazamientos".

Por un lado, sigue explicando este investigador, los otolitos reflejan el crecimiento anual, de forma similar a los anillos del tronco de un árbol, y el crecimiento diario. Así, permiten saber la edad de un pez con una precisión de días. Por otra parte, la composición química del otolito varía en función de las características del agua, lo que permite saber en qué aguas ha estado el animal. Esto también sirve para estudios de medio ambiente; para detectar alteraciones del agua mediante el otolito.

La identificación de especies es muy útil en los casos que no se dispone del pez sino del otolito. Como en excavaciones arqueológicas donde se han encontrado restos de cocina, para averiguar que peces comían nuestros antepasados; o excavaciones paleontológicas, para identificar especies del pasado. O en estudios redes tróficas, cuando se analiza, a través de los contenidos estomacales, la alimentación de especies que capturan peces.

Otra área interesante, apunta Antoni Lombarte, es la gestión pesquera, cuando hay especies que son externamente muy similares y se necesita una herramienta morfológica que ayude a diferenciarlas con fiabilidad.

Del 2D al 3D

Las primeras descripciones de otolitos se basaban en caracteres anatómicos y se representaban mediante dibujos. Con la llegada de los sistemas de análisis de imágenes, el concepto de análisis de la forma se empezó a introducir en los estudios descriptivos de otolitos, explica Antoni Lombarte.

La web AFORO, creada en 2002, dispone de una base de 4.100 imágenes de otolitos que corresponden a unas 1.250 especies. Provienen, en su mayoría, de la colección biológica del Instituto de Ciencias de Mar (un banco de 5.000 muestras) y, otras, de autores que han cedido las imágenes.

Pero la contrastación de imágenes en dos dimensiones tiene limitaciones. Por ello, desde hace poco han iniciado una nueva fase del proyecto, bautizada como AFORO3D, en colaboración con el Departamento de Ingeniería Electrónica de la UPC y el Departamento de Tecnologías Digital y de la Información de la Universidad de Vic. El objetivo es crear descriptores morfológicos de tres dimensiones a partir del otolito entero y desarrollar herramientas de análisis en 3D.

Se ha creado un escáner muy especial, capaz de escanear en 3D los pequeños otolitos, que van del milímetro los pocos centímetros

Un escáner muy especial

Para ello, se ha creado un escáner muy especial, capaz de escanear los pequeño otolitos, que tienen tamaños que van del milímetro los pocos centímetros. El pequeño prototipo trabaja con una sola cámara y con luz LED proyectada, y ha sido desarrollado por el grupo de Visión por Computador y Robótica de la Universidad de Girona y la compañía AQSENSE, siguiendo los requerimientos del Instituto de Ciencias del Mar.

Mediante este aparato, el Instituto de Ciencias del Mar ha comenzado a obtener modelos virtuales tridimensionales de otolitos. Los objetos virtuales, hasta ahora 30, son de una gran resolución. "Están digitalizados con una precisión de 40 micrómetros", añade Lombarte, "por lo que se puedan utilizar como modelos en simulaciones y estudios de biomecánica de los órganos sensoriales del pez".

"Se podría hacer lo mismo con dientes o con estructuras óseas, tener la posibilidad de trabajar con objetos virtuales sin necesidad de utilizar de las muestras", apunta este experto. Esto abre muchas posibilidades a estudios en el ámbito de la paleontología, arqueología, biomecánica y crear colecciones virtuales de referencia

Los vídeos e imágenes de los otolitos en 3D se pueden consultar en http://www.icm.csic.es/aforo/3Dlist_en.jsp