Es heißt, Pythagoras habe einmal behauptet, alles sei im Grunde eine Zahl. Er fand numerische Beziehungen in Dingen, die Welten entfernt von der Mathematik zu sein scheinen. Zweieinhalbtausend Jahre später sind wir damit zufrieden, Dinge zu quantifizieren, aber es kann immer noch schwierig sein. Zum Beispiel hat sich Berntson schon 1994 angeschaut die Probleme der Beschreibung der fraktalen Dimensionen einer Wurzel. Roots können chaotisch sein, also wie können Sie sie schnell analysieren – oder noch besser, wie können Sie sie automatisieren? RootGraph: ein grafisches Optimierungstool zur automatisierten Bildanalyse von Pflanzenwurzeln von Cai et al stellt eine neue Technik vor.

Rootgraph in Aktion
Illustrative Beispiele der in der neuen Methode verwendeten vierschichtigen Datenstruktur: (A) das segmentierte Bild; (B) die Distanztransformation von (A); (C) das Skelett von (A); und (D) der aus dem Skelett generierte Graph. Abbildung von Cai et al. (2015).

Die Analyse arbeitet in einer Reihe von Schritten, um ein Bild einer Wurzel in einen Graphen umzuwandeln. Das Abbilden der Verbindungsstellen, an denen Wurzeln verbunden sind, bedeutet, dass ein Computer herausfinden kann, was eine primäre Wurzel und was eine seitliche Wurzel ist, indem er ihre Konnektivität untersucht. Es ist ein Ansatz, der mich sehr an erinnert Leerzeichen-Syntax aus Geographie. Sobald der Computer weiß, mit welcher Art von Root es zu tun hat, kann er ungewöhnliche Ergebnisse erkennen und herausfinden, was zu tun ist. Zum Beispiel könnten Wurzeln, die sich beim Scannen überlappen, im Scanner wie eine einzelne, seltsam verbundene Wurzel aussehen.

Die Fähigkeit, Rauschen zu eliminieren, ist das Schlüsselelement des Papiers, da es bedeutet, dass das System mit Geschwindigkeit arbeiten kann.

Die Reduzierung eines Wurzelsystems auf ein Diagramm mag wie ein Schritt von der Realität entfernt erscheinen, ermöglicht aber auch, dass viele Informationen in die Analyse einbezogen werden. Der Unterschied zwischen Primär- und Seitenwurzel ist möglicherweise nicht einfach, da Seitenwurzeln sich verzweigen können. Da die Wurzeln jedoch grafisch dargestellt werden, kann jede Wurzel oder jedes Wurzelsegment dahingehend analysiert werden, wo es sich im Netzwerk befindet. Wo Unterschiede im Wurzelwachstum auftreten, sollte die Netzwerkanalyse genau zeigen, welche Art von Wurzeln sich ändern. Auch die Tatsache, dass es bildbasiert ist, lässt die Möglichkeit offen, die Herkunft der Daten zu ändern. Eine 3D-Analyse sollte mit demselben System möglich sein, was eine Analyse von Wurzelsystemen ermöglicht in situ.

Das Papier erscheint in Ausgabe dieses Monats des Journal of Experimental Botany, also sollten Sie keine Probleme haben, es selbst zu überprüfen.

Jinhai Cai, Zhanghui Zeng, Jason N. Connor, Chun Yuan Huang, Vanessa Melino, Pankaj Kumar, Stanley J. Miklavcic, 2015, 'RootGraph: ein grafisches Optimierungstool für die automatisierte Bildanalyse von Pflanzenwurzeln', Zeitschrift für experimentelle Botanik, Bd. 66, nr. 21, S. 6551-6562 http://dx.doi.org/10.1093/jxb/erv359