Учёные Сибирского федерального университета и Института леса им. В. Н. Сукачёва СО РАН разработали программное обеспечение с открытым исходным кодом AutoCellRow (ACR), позволяющее быстро и точно анализировать клетки древесных тканей на основании снимков высокого разрешения микросрезов годичных колец.

Новая программа автоматически определяет параметры клеток в годичных древесных кольцах — их количество, размер и пространственное расположение; помогает узнать радиальный и тангенсальный диаметры, площадь люмена и толщину стенки клетки. Воспользоваться программным обеспечением может любой специалист, изучающий динамику развития древесных растений. Доступ к продукту на сайте СФУ открытый и бесплатный. Основные итоги исследования опубликованы в журнале Dendrochronologia.

Количественная анатомия древесины — это стремительно развивающаяся область дендроэкологии, посвящённая исследованию клеточного строения древесины, описанию структурных особенностей отдельных типов клеток и их сочетаний, а также микроскопическому изучению процессов, происходящих в живых клетках. Чтобы исследовать клеточную структуру древесины, её образцы после обработки специальными химическими реагентами нарезают слоями в несколько микрон с помощью прибора микротома, оборудованного острейшими лезвиями. Затем эти «срезы» окрашивают специальным красителем и изучают под микроскопом. Именно такие «фотографии» помогают анализировать клеточные структуры древесных колец и получать информацию о функционировании деревьев.

 7EC1A3AE 3964 40F7 8935 8BB9A8A44A09«Необходимость в анатомических измерениях древесины хвойных видов у красноярских учёных возникла достаточно давно, однако изначально мы пользовались программами от канадских и американских разработчиков. В том числе, были попытки перейти на американскую программу Image Pro Plus с „надстройкой“ ROXAS, разработанной нашими коллегами из Швейцарского федерального института леса, снега и ландшафта (WSL). Эти попытки были не очень успешными. Ввиду возникшей необходимости импортозамещения, на базе СФУ был создан совершенно самостоятельный продукт, для работы которого не требуется участие зарубежных партнёров и привлечённые дополнительные финансовые ресурсы. Замечу, что наше программное обеспечение самое быстрое в мире на данный момент. Его тестировали на пяти видах хвойных деревьев, произрастающих в полузасушливых районах Южной Сибири. Полученные измерения в сравнивали с измерениями, полученными на ROXAS. Точность измерений в обоих случаях идентична», — отметил заведующий кафедрой математических методов и информационных технологий Владимир Шишов.

Большую роль в разработке программы сыграла группа исследователей Института космических и информационных технологий СФУ.

2FA4A342 E794 44F3 9113 2BFE8F4FE857 «Наши студенты под руководством заведующего кафедрой информационных систем Петра Дьячука разработали программный код на основе быстрых методов теории распознавания образов, который после тестировали специалисты-практики под руководством Альберто Арсака. Испытания показали, что начинающие программисты с работой справились отлично», — сообщил доцент кафедры информационных систем СФУ Сергей Виденин. 

Исследователи подчёркивают: их продукт предназначен для широкого круга специалистов, изучающих физиологию древесных растений, в частности, экологов, которым анатомические измерения нужны для понимания климатических изменений и эмиссии CO2. 
7EC1A3AE 3964 40F7 8935 8BB9A8A44A09

«Учитывая просто гигантское количество измерений, с которыми работают эти специалисты, эта программа существенно облегчит им жизнь. Для нас принципиально, что всю «рутинную» работу выполняет машина, а не человек, это соответствует духу постиндустриальной эпохи. Также программой могут воспользоваться аспиранты, студенты или даже абитуриенты любого вуза, интересующиеся экологией и биологией древесных растений», — заявил Владимир Шишов. 

Особенностью новой программы является её «непривередливость» к загружаемым снимкам. Если для европейского ROXAS подходят только цветные фото высокого качества, то отечественная разработка готова взаимодействовать практически с любыми, в том числе, чёрно-белыми изображениями древесных срезов. 

E17F426C BEB6 49A3 A2F9 993C77BB356A«У хвойных специфичная структура древесины, отличающаяся от структуры листопадных деревьев. Разработанная нашей группой программа позволяет делать измерения как по всему сегменту годичного кольца, так и по отдельным рядам клеток. Это оригинальная и, самое главное, российская разработка, ни в чём не уступающая лучшим мировым аналогам, а где-то и превосходящая их. В целом же, высокий результат исследования и эффективный инструмент, каким является новое программное обеспечение, появились благодаря слаженной работе четырёх научных подразделений Сибирского федерального университета. Коллеги из Хакасского филиала СФУ под руководством Елены Бабушкиной подготовили необходимые срезы древесины и фотографии, специалисты по математическому моделированию и информационным технологиям формализовали задачу и разработали надёжный код, а исследователи из лаборатории комплексных исследований динамики лесов под руководством Альберто Арсака доказали на практике неоспоримые преимущества нового продукта», — резюмировал научный руководитель СФУ, академик Евгений Ваганов. 

Работа поддержана Российским научным фондом.