ForamJ – Een hulpmiddel voor de reproduceerbare, semi-geautomatiseerde analyse van micro-computertomografie-datasets van foraminifera

Waarom kleine oceaanschelpen er toe doen

Op de zeebodem hopen talloze microscopische schelpen die door eencellige organismen, foraminifera genaamd, zijn gemaakt zich over miljoenen jaren langzaam op. Deze kleine structuren leggen eerdere zeewatercondities vast en helpen wetenschappers bij het reconstrueren van vroegere klimaten. Een nieuw digitaal hulpmiddel met de naam ForamJ maakt het sneller en gemakkelijker om driedimensionale röntgenscans van deze schelpen om te zetten in harde cijfers, waardoor grotere en gedetailleerdere klimaaten ecologiestudies gebaseerd op deze minutieuze fossielen mogelijk worden.

Een digitale vergrootlens voor fossiele schelpen

Micro-computertomografie is als een medische CT-scan, maar geschaald voor millimetergrote objecten. Het stelt onderzoekers in staat zowel het buitenoppervlak als de interne kamers van foraminifera te zien zonder ze uiteen te halen. Tot nu toe moesten wetenschappers die kenmerken wilden meten zoals schelpvolume of wanddikte vertrouwen op traag, handmatig traceren in dure commerciële programma’s. Dat beperkte het aantal monsters dat geanalyseerd kon worden en bemoeilijkte het voor verschillende laboratoria om precies dezelfde stappen te volgen, wat belangrijk is bij het opbouwen van wereldwijde klimaatreeksen uit veel locaties.

Een gratis hulpmiddel gebouwd voor alledaagse computers

ForamJ is een gratis plugin die draait binnen de veelgebruikte ImageJ- en Fiji-beeldsoftware, die al veel soorten biologische beeldvorming ondersteunt. De auteurs ontwierpen het met vijf praktische doelen voor ogen: het moet gemakkelijk te gebruiken zijn voor beginners, werken op standaard laptops, alleen afhankelijk zijn van open software, consistente numerieke uitkomsten leveren en veel scans in één keer kunnen verwerken. ForamJ begeleidt de gebruiker door een reeks stappen, van het openen van grijstinten-beeldstapels tot het instellen van de schaal, het verwijderen van sediment dat in kamers is gecompacteerd, en het scheiden van de schelp van de achtergrond zodat metingen in drie dimensies kunnen worden uitgevoerd.

Van ruwe scan naar relevante schelpeigenschappen

Onder de motorkap past de plugin een keten van beeldbewerkingen toe op elke scan. Het vervaagt ruis, houdt alleen het grootste object over zodat losse korrels worden verwijderd, en bouwt een "gevulde" versie van de schelp waarin open ruimtes gesloten zijn zodat het totale volume en oppervlak kunnen worden geschat. Vervolgens splitst het de buitenwand van de interne wanden tussen kamers en berekent het met ingebouwde hulpmiddelen hoe dik deze delen zijn. ForamJ isoleert ook de lege ruimte van elke kamer en gebruikt een semi-geautomatiseerde methode om die ruimte in afzonderlijke kamers te verdelen, zelfs als sommige wanden gedeeltelijk opgelost zijn. Voor elke kamer registreert het volume, positie en helderheid, en het slaat zowel de verwerkte beelden als alle gebruikte instellingen op, zodat resultaten later gecontroleerd of herhaald kunnen worden.

Het hulpmiddel testen op oude en moderne schelpen

Om te laten zien wat ForamJ kan, pasten de onderzoekers het toe op twee verschillende verzamelingen foraminifera. Eerst onderzochten ze zeven goed bewaarde bodembewonende soorten uit 56 miljoen jaar oude sedimenten geboord voor de kust van New Jersey. Door de output van ForamJ te vergelijken met secuur handwerk in een commercieel programma, vonden ze dat het schelpvolume ongeveer één procent afweek en dat de overeenkomst in gedetailleerde segmentatie uiterst nauw was, terwijl de verwerkingstijd per monster op een gewone laptop terugbracht tot enkele minuten. De metingen toonden grote verschillen tussen individuen in schelpgrootte, wanddikte, porositeit en de manier waarop de kamer-volumes van het centrum naar buiten groeien.

De variëteit aan drijvende schelpontwerpen verkennen

Het team wendde zich vervolgens tot een openbare online collectie van scans van zeven soorten die in de bovenste oceaanlagen drijven. ForamJ leverde snel een reeks metingen voor alle soorten, en liet een breed scala aan schelpstrategieën zien. Sommige soorten hadden zeer dunne wanden en extreem poreuze testen met veel kamers, terwijl andere dikkere, dichtere schelpen bouwden met minder maar grotere kamers. Groei-curves die volgen hoe elke nieuwe kamer volume toevoegt, toonden patronen die per soort en zelfs tussen individuen verschilden, wat wijst op verbanden tussen schelpontwerp, ecologie en levenscyclus die nu systematischer kunnen worden onderzocht.

Wat dit betekent voor klimaat- en oceaanonderzoek

Door foraminifera-specifieke metingen in een eenvoudige, gedeelde workflow te verpakken, verandert ForamJ complexe driedimensionale scangegevens in standaardgetallen die elk laboratorium kan genereren en vergelijken. Omdat het gratis is, op niet-specialistische computers draait en veel scans tegelijk kan verwerken, verlaagt het zowel de kosten- als tijdsdrempels voor onderzoeken die afhankelijk zijn van grote steekproeven. Praktisch betekent dit dat wetenschappers beter kunnen volgen hoe schelpvorm, wanddikte en interne structuur variëren tussen soorten, locaties en door de tijd heen, waardoor onze interpretatie van vroegere oceaantomstandigheden uit deze kleine maar informatierijke fossielen verbetert.

Bronvermelding: 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

Trefwoorden: foraminifera, micro CT, beeldanalyse, paleo-oceanografie, open source-software