ForamJ – Ein Werkzeug für die reproduzierbare, halbautomatisierte Analyse von Mikro-Computertomografie-Datensätzen von Foraminiferen

Warum winzige Meeresschalen wichtig sind

Auf dem Meeresboden lagern sich über Millionen von Jahren unzählige mikroskopische Schalen ab, die von einzelligen Organismen namens Foraminiferen gebildet werden. Diese winzigen Strukturen zeichnen vergangene Meerwasserbedingungen auf und helfen Wissenschaftlern, frühere Klima­zustände zu rekonstruieren. Ein neues digitales Werkzeug namens ForamJ macht es schneller und einfacher, dreidimensionale Röntgenscans dieser Schalen in messbare Werte zu überführen und eröffnet so die Möglichkeit für größere und detailliertere Klima‑ und Ökologie­studien auf Basis dieser winzigen Fossilien.

Eine digitale Lupe für fossile Schalen

Mikro‑Computertomografie ist wie eine medizinische CT‑Aufnahme, skaliert für millimetergroße Objekte. Sie erlaubt es Forschern, sowohl die Außenfläche als auch die inneren Kammern von Foraminiferen zu sehen, ohne sie zu zerstören. Bislang mussten Wissenschaftler, die Merkmale wie Schalenvolumen oder Wanddicke messen wollten, auf langsame manuelle Nachzeichnungen in teurer kommerzieller Software zurückgreifen. Das begrenzte die Zahl der analysierbaren Exemplare und erschwerte es verschiedenen Laboren, exakt dieselben Schritte zu reproduzieren — ein wichtiger Faktor beim Aufbau globaler Klimaaufzeichnungen aus vielen Fundstellen.

Ein kostenloses Werkzeug für Alltagsrechner

ForamJ ist ein kostenloses Plugin, das in der weit verbreiteten Bildsoftware ImageJ und Fiji läuft, welche bereits viele Formen biologischer Bildgebung unterstützen. Die Autoren entwarfen es mit fünf praktischen Zielen: es soll anfängerfreundlich sein, auf Standard‑Laptops laufen, ausschließlich auf offener Software basieren, konsistente numerische Ergebnisse liefern und viele Scans in einem Durchlauf verarbeiten können. ForamJ führt den Anwender durch eine Reihe von Schritten, vom Öffnen graustufiger Bildstapel über das Setzen des Maßstabs, das Entfernen von sedimentgefüllten Kammern bis hin zur Trennung der Schale vom Hintergrund, sodass Messungen in drei Dimensionen vorgenommen werden können.

Vom Rohscan zu aussagekräftigen Schaleneigenschaften

Im Hintergrund wendet das Plugin eine Abfolge von Bildoperationen auf jeden Scan an. Es glättet Rauschen, behält nur das größte Objekt, sodass lose Körner entfernt werden, und erzeugt eine „gefüllte“ Version der Schale, in der offene Räume geschlossen sind, damit Gesamtvolumen und Oberfläche abgeschätzt werden können. Anschließend trennt es die Außenwand von den inneren Wänden zwischen den Kammern und berechnet mit eingebauten Werkzeugen die Dicke dieser Teile. ForamJ isoliert außerdem den Hohlraum jeder Kammer und verwendet eine halbautomatisierte Methode, um diesen Raum in separate Kammern aufzuteilen, auch wenn einige Wände teilweise aufgelöst sind. Für jede Kammer werden Volumen, Position und Helligkeit erfasst; die verarbeiteten Bilder und alle verwendeten Einstellungen werden gespeichert, sodass Ergebnisse später überprüft oder reproduziert werden können.

Test des Werkzeugs an alten und modernen Schalen

Um zu zeigen, was ForamJ leisten kann, wendeten die Forschenden es auf zwei verschiedene Foraminiferen‑Datensätze an. Zunächst untersuchten sie sieben gut erhaltene bodenbewohnende Arten aus 56 Millionen Jahre alten Sedimenten, die vor New Jersey gebohrt wurden. Im Vergleich der ForamJ‑Ergebnisse mit mühsamer manueller Arbeit in einer kommerziellen Software stellten sie fest, dass das Schalenvolumen um etwa ein Prozent abwich und die detaillierte Segmentierung sehr gut übereinstimmte, während die Verarbeitungszeit pro Exemplar auf wenige Minuten auf einem normalen Laptop sank. Die Messungen zeigten große Unterschiede zwischen Individuen in Schalen‑Größe, Wandstärke, Porosität und in der Art, wie sich Kammer‑Volumina vom Zentrum nach außen aufbauen.

Die Vielfalt frei schwimmender Schalenformen erkunden

Das Team wandte sich dann einer offenen Online‑Sammlung von Scans aus sieben Arten zu, die in der oberen Wassersäule schweben. ForamJ lieferte schnell eine Reihe von Messungen über alle Arten hinweg und zeigte eine breite Palette von Schalendesigns. Manche Arten hatten sehr dünne Wände und extrem poröse Tests mit vielen Kammern, während andere dichtere, dickere Schalen mit weniger, dafür größeren Kammern aufwiesen. Wachstumskurven, die zeigen, wie jede neue Kammer Volumen hinzufügt, zeigten artspezifische und teils indiviuelle Muster, was auf Zusammenhänge zwischen Schalenbau, Ökologie und Lebenszyklus hinweist, die nun systematischer untersucht werden können.

Was das für Klima‑ und Ozeanforschung bedeutet

Indem ForamJ foraminiferen­spezifische Messungen in einen einfachen, geteilten Arbeitsablauf packt, verwandelt es komplexe dreidimensionale Scan‑Daten in standardisierte Zahlen, die jedes Labor erzeugen und vergleichen kann. Weil es kostenlos ist, auf nicht‑spezialisierten Computern läuft und viele Scans gleichzeitig verarbeiten kann, senkt es Kosten‑ und Zeitbarrieren für Studien, die auf große Stichproben angewiesen sind. Praktisch bedeutet das, dass Forschende besser nachvollziehen können, wie Schalenform, Wandstärke und innere Struktur zwischen Arten, Orten und Zeiten variieren — und so den Rückschluss auf vergangene Ozeanbedingungen aus diesen kleinen, informationsreichen Fossilien verbessern.

Zitation: Trend, J., Borges, F.A. & Babila, T.L. ForamJ – A tool for the reproducible, semi-automated analysis of foraminifera micro computed tomography datasets. Sci Rep 16, 14818 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43276-3

Schlüsselwörter: Foraminiferen, Mikro‑CT, Bildanalyse, Paleo‑Ozeanographie, Open‑Source‑Software