К вопросу об автоматизации морфологических измерений в энтомологии и пчеловодстве

Известно около одного 1 млн. видов насекомых (Insecta). Истинное их количество специалистами оценивается в 1,5 - 2 млн. и открываются все новые и новые виды. Для классификации насекомых используются морфологические признаки. Из последних можно выделить качественные - окраска тела; тип ротового аппарата; наличие и особенности расположения придатков наружных покровов (бугорков, шипиков и пр.); характер жилкования крыльев, а также их форма и Особенности строения; форма головы и пр.

Группа количественных признаков включает в себя различные линейные промеры основных хитиновых частей тела насекомых: длина и ширина тела, а также различных его частей; размеры некоторых крыловых жилок и др. Для определения различных видов Insecta наиболее часто применяют сравнительно-морфологический метод. Данный метод довольно трудоемок и отнимает значительное количество времени, но все же наиболее широко распространен в энтомологии. Исследуемые объекты часто имеют мелкие размеры и в большинстве случаев их изучение проводится с использованием микроскопической техники.

Целью работы было исследование возможности автоматизации измерений морфологических признаков насекомых с помощью компьютерных систем, разработка методики и ее реализация.

Объект исследований. В качестве основного объекта использована медоносная пчела (A. mellifera L.). В настоящее время экстерьерные характеристики наряду с окраской тела пчел широко применяют для идентификации отдельных географических рас и популяций Apis mellifera, что особенно актуально в настоящее время в связи с повсеместной метизацией местных среднерусских пчел южными расами. Метизированные пчелы в отличие от чистопородных среднерусских обладают более низкой зимостойкостью, менее устойчивы к ряду заболеваний (падевый токсикоз, гнилец, нозематоз) и менее эффективно используют медосбор с липы, гречихи и кипрея. Таким образом, метизация наносит большой урон пчеловодству в нашей республике (П.В. Васильев, О.Г. Яковлев, З.И. Михельсон, 1978).

Некоторые морфологические признаки (размеры третьего тергита и др.) коррелируют с общими размерами пчелы, а также с массой и качеством развивающихся особей. Размеры воскового зеркальца связаны с таким показателем, как воскопродуктивность. Длина хоботка влияет на способность пчел извлекать нектар из цветков красного клевера. Большинство морфометрических признаков используются в качестве экстерьерных при бонитировке пчелиных семей и наряду с хозяйственнополезными и этологическими признаками широко применяются как при отборе, так и при подборе в селекции пчел.

Весь комплекс морфометрических признаков можно условно разделить на качественные (дйскоидальное смещение, желтизна тергитов) и количественные (все остальные). Количественные признаки делятся на линейные промеры, измеряемые в основном в миллиметрах, а также индексы (тарзальный, кубитальный), вычисляемые как отношения тех или иных линейных промеров. Кроме того, среди морфологических признаков есть парные (размеры крыла, тарзальный индекс и др.) и непарные признаки (длина хоботка, размеры тергита).

Стандартная методика. В нашей стране морфологические измерения в пчеловодстве повсеместно проводятся по методике, основная заслуга в разработке которой принадлежит В.В. Алпатову, Г.Д. Билашу и Н.И. Кривцову.

Стандартная методика, разработанная В.В. Алпатовым в 1948 г., обладает некоторыми недостатками, заключающимся в том, что для получения достоверности результатов необходимо большое количество промеров с помощью микроскопа, а это является трудоемким процессом, отнимает много времени и несет большую нагрузку на зрение, систематизация данных для последующей обработки их на калькуляторе или ЭВМ проводится вручную.

Оцифрованное изображение крыльев пчел (см.рис.) позволяет определять кубитальный индекс с высокой точностью. Данный признак изучается для определения породной принадлежности пчел, поскольку практически не подвержен сезонным изменениям, слабо коррелирует с остальными экстерьерными признаками. При этом экономится время при больших объемах обрабатываемой информации (100-1000 крыльев), позволяет вводить новые признаки для определения породы. Также предполагается комплексная обработка экстерьерных признаков (длина хоботка, ширина третьего тергита и т.д.), что дает возможность более точно определять породы пчел.

Рис. Оцифрованное изображение крыла ( получено с помощью лазерного принтера)

Направление исследований. Развитие фотограмметрии, позволяющее избежать пробелы в макрофотографии, дает представление о пчеле в целом. Для более точного и углубленного анализа необходимо проводить детальные измерения признаков насекомых.

Использование электронных микроскопов, цифровых кинокамер и сканеров значительно облегчает задачу множественной статистической обработки данных, корреляционного и дисперсионного анализа, что позволяет создать систему, обладающую адаптивными возможностями и элементами искусственного интеллекта (способность перестраивать свои действия в соответствии с воспринимаемой информацией о рабочей среде).

Работа с различными видами изображений, связанная с необходимостью их преобразования и анализа, является неотъемлемой частью многих сфер деятельности. Применение компьютерных систем анализа изображений поднимает эту работу на современный уровень, делает ее более производительной, а результаты - статистически достоверными, позволяет определять породы пчел без их предварительного препарирования, расширяет область применения проводимых исследований в области ботаники и медицины.