ForamJ – Uno strumento per l’analisi riproducibile e semi-automatizzata di dataset micro tomografici di foraminiferi

Perché contano le minuscole conchiglie oceaniche

Sul fondo oceanico, innumerevoli conchiglie microscopiche prodotte da organismi unicellulari chiamati foraminiferi si accumulano lentamente per milioni di anni. Queste minuscole strutture registrano le condizioni dell’acqua di mare passata, aiutando gli scienziati a ricostruire climi antichi. Un nuovo strumento digitale chiamato ForamJ rende più rapido e semplice trasformare le scansioni a raggi X tridimensionali di queste conchiglie in valori misurabili, aprendo la strada a studi climatici ed ecologici più ampi e dettagliati basati su questi minuscoli fossili.

Una lente d’ingrandimento digitale per le conchiglie fossili

La micro tomografia computerizzata è come una TAC medica ridotta per oggetti delle dimensioni di millimetri. Permette ai ricercatori di vedere sia la superficie esterna sia le camere interne dei foraminiferi senza aprirli. Fino a ora, gli scienziati che volevano misurare caratteristiche come il volume della conchiglia o lo spessore della parete dovevano affidarsi a tracciamenti manuali lenti in costosi programmi commerciali. Ciò limitava il numero di esemplari analizzabili e rendeva difficile che laboratori diversi seguissero esattamente gli stessi passaggi, cosa importante nella costruzione di registri climatici globali a partire da molti siti.

Un tool gratuito pensato per computer comuni

ForamJ è un plugin gratuito che funziona all’interno dei diffusi software di imaging ImageJ e Fiji, già compatibili con molte forme di imaging biologico. Gli autori lo hanno progettato con cinque obiettivi pratici: deve essere facile da usare per i principianti, funzionare su laptop standard, fare affidamento solo su software open, produrre output numerici coerenti e gestire numerose scansioni in un’unica esecuzione. ForamJ guida l’utente attraverso una serie di passaggi, dall’apertura di pile di immagini in scala di grigi alla impostazione della scala, dalla pulizia dei sedimenti incastrati nelle camere alla separazione della conchiglia dallo sfondo in modo che le misure possano essere effettuate in tre dimensioni.

Dalla scansione grezza ai tratti significativi della conchiglia

Nel funzionamento interno, il plugin applica una catena di operazioni sulle immagini a ciascuna scansione. Riduce il rumore, mantiene solo l’oggetto più grande in modo da rimuovere granelli erranti e costruisce una versione "riempita" della conchiglia in cui gli spazi aperti vengono chiusi così da poter stimare il volume totale e l’area superficiale. Poi separa la parete esterna dalle pareti interne tra le camere e, usando strumenti integrati, calcola lo spessore di queste parti. ForamJ isola anche lo spazio vuoto di ogni camera e utilizza un metodo semi-automatizzato per dividere quello spazio in camere separate anche se alcune pareti sono parzialmente dissolte. Per ogni camera registra il volume, la posizione e la luminosità, e salva sia le immagini processate sia tutte le impostazioni usate, in modo che i risultati possano essere verificati o ripetuti in seguito.

Testare lo strumento su conchiglie antiche e moderne

Per dimostrare cosa può fare ForamJ, i ricercatori lo hanno applicato a due diversi insiemi di foraminiferi. Per prima cosa hanno esaminato sette specie bentoniche ben conservate provenienti da sedimenti di 56 milioni di anni fa perforati al largo del New Jersey. Confrontando l’output di ForamJ con il lavoro manuale meticoloso in un programma commerciale, hanno rilevato che il volume della conchiglia differiva di circa un percento e che la corrispondenza nella segmentazione dettagliata era estremamente vicina, mentre il tempo di elaborazione per esemplare è sceso a pochi minuti su un normale laptop. Le misure hanno rivelato grandi differenze tra individui nella dimensione della conchiglia, nello spessore della parete, nella porosità e nel modo in cui i volumi delle camere crescono dal centro verso l’esterno.

Esplorare la varietà di design delle conchiglie planctoniche

Il team si è poi rivolto a una collezione online aperta di scansioni di sette specie che vivono galleggiando nella parte superiore dell’oceano. ForamJ ha prodotto rapidamente una serie di misure su tutte, mostrando un’ampia gamma di strategie costruttive delle conchiglie. Alcune specie avevano pareti molto sottili e test estremamente porosi con molte camere, mentre altre costruivano conchiglie più spesse e dense con meno camere ma più grandi. Le curve di crescita che tracciano come ogni nuova camera aggiunge volume hanno mostrato schemi differenti tra specie e persino tra individui, indicando legami tra progetto della conchiglia, ecologia e ciclo di vita che ora possono essere esplorati in modo più sistematico.

Cosa significa per gli studi sul clima e sugli oceani

Incorporando misure specifiche per i foraminiferi in un flusso di lavoro semplice e condiviso, ForamJ trasforma dati complessi di scansioni tridimensionali in numeri standard che qualsiasi laboratorio può generare e confrontare. Essendo gratuito, funzionando su computer non specialistici e capace di processare molte scansioni contemporaneamente, abbassa sia i costi sia le barriere temporali per studi che richiedono grandi campioni. In termini pratici, ciò significa che gli scienziati possono monitorare meglio come la forma della conchiglia, lo spessore della parete e la struttura interna variano tra specie, luoghi e nel tempo, migliorando la nostra capacità di leggere le condizioni oceaniche del passato da questi fossili minuscoli ma ricchi di informazioni.

Citazione: 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

Parole chiave: foraminiferi, micro CT, analisi delle immagini, paleoceanografia, software open source