Comparison of methods: Micro-CT visualization method and epoxy cast-embedding reveal hidden details of bioerosion in the tube walls of Cretaceous polychaete worms
Plain Language Abstract
Bioerosion in three serpulid tubes from the Bohemian Cretaceous Basin was studied by a combination of micro-computed tomography and vacuum cast-embedding technique producing polymer resin casts. Results gained from both methods were evaluated and compared in terms of suitability of materials, destructive force, quality of the resulting image, and hardware/software requirements. The advantages and disadvantages of the two methods are compared here.
The big advantage of the micro-CT methodology is its non-destructiveness and the ability to make three-dimensional images, animations, and serial sections through the object; this method is suitable for expensive or fragile materials, but it is limited by low quality of the resulting image and demanding hardware/software requirements. The advantage of the vacuum cast-embedding technique followed by SEM observation is high quality of the resulting image, but it is limited by destructive force and material composition.
ABSTRAKT in Czech
Srovnání metod: Metoda mikro-CT vizualizace a metoda epoxidových odlitků ukazují skryté detaily bioerozivních procesů ve stěnách rourek křídových mnohoštětinatých červů.
Bioerozie byla studována ve třech serpulidních rourkách (pod)rodů Cementula, Pyrgopolon (Septenaria) a Placostegus z české křídové pánve kombinací metody mikropočítačové tomografie (mikro-CT) a techniky vakuového odlévání s výrobou odlitků z epoxidové pryskyřice. Výsledky získané oběma metodami byly vyhodnoceny a porovnány z hlediska použitelnosti materiálu, destruktivnosti, kvality výsledného obrazu a hardwarových/softwarových nároků. Výhodou metodiky mikro-CT je její nedestruktivnost a možnost pořizovat trojrozměrné snímky, animace a sériové řezy objektem; tato metoda je vhodná pro většinu zkoumaných materiálů, ale je omezena nízkou kvalitou výsledného obrazu a náročností na hardware/software. Pro zajištění dobré viditelnosti vrteb ve výsledných rentgenových rekonstrukcích je nutný materiálový kontrast mezi tvrdým podkladem a vrtbou. Výhodou epoxidových odlitků s následným pozorováním skenovacím elektronovým mikroskopem (SEM) je vysoká kvalita výsledného obrazu, ale je omezena destruktivní podstatou metody a složením materiálu. Vakuové odlévání je nepoužitelné u nerozpustných silicifikovaných nebo pyritizovaných substrátů, jako se to stalo u našeho vzorku Placostegus zbyslavus, který se v kyselině nerozpustil úplně. Epoxidový odlitek však poskytl detailní morfologii vrteb, které byly za hranicí možností rozlišení mikro-CT skeneru, a pomohl při ichnotaxonomické identifikaci. Drobné větvící se tunely ichnorodu Iramena v rource Cementula sp. a jemnější tunýlky ichnorodu Entobia spojující komůrky s povrchem rourky u Pyrgopolon (Septenaria) cf. tricostata a Cementula sp. nebyly pomocí mikro-CT detekovány, ale byly viditelné na SEM snímcích odlitků z epoxidové pryskyřice.
Klíčová slova: mikropočítačová tomografie; vakuový odlitek; Serpulidae; vrtby; pozdní křída.
Resumen en Español
Comparación de métodos: el método de visualización Micro-CT y la incrustación de epoxi revelan detalles ocultos de bioerosión en las paredes de los tubos de gusanos poliquetos del Cretácico
La bioerosión en tres tubos serpúlidos de los (sub)géneros Cementula, Pyrgopolon (Septenaria) y Placostegus de la cuenca del Cretácico de Bohemia se estudió mediante una combinación de microtomografía computarizada y técnica de incrustación al vacío que produce modelos de resina polimérica. Los resultados obtenidos con ambos métodos se evaluaron y compararon en términos de usabilidad del material, fuerza destructiva, calidad de la imagen resultante y requisitos de hardware/software. La ventaja de la metodología micro-CT es su no destructividad y la capacidad de crear imágenes tridimensionales, animaciones y secciones en serie a través del objeto; este método es adecuado para la mayoría de los materiales examinados, pero está limitado por la baja calidad de la imagen resultante y los exigentes requisitos de hardware/software. Para garantizar una buena visibilidad de las perforaciones en las reconstrucciones de rayos X resultantes, es necesario un contraste de material entre el sustrato duro y las perforaciones. La ventaja de la técnica de incrustación al vacío seguida de la observación SEM es la alta calidad de la imagen resultante, pero está limitada por la fuerza destructiva y la composición del material. El moldeado al vacío no se puede utilizar para sustratos silicificados o piritizados no solubles, como sucedió en nuestro espécimen de Placostegus zbyslavus, que sufrió una disolución incompleta en ácido. Sin embargo, la fundición con epoxi proporcionó una morfología detallada de las perforaciones que estaban más allá del límite de detección de la resolución espacial dada del escáner micro-CT y ayudó con la identificación icnotaxonómica. Pequeños canales ramificados de Iramena en Cementula sp. y los canales de apertura más finos que conectan las cámaras de Entobia con la superficie del sustrato en Pyrgopolon (Septenaria) cf. tricostata y Cementula sp. no se detectaron usando micro-CT, pero fueron visibles en imágenes SEM de moldes de resina epoxi.
Palabras clave: microtomografía computarizada; moldeado al vacío; serpulidos; boreholes; Cretácico superior
Traducción: Francesco Gascó (Grupo de Biología Evolutiva, UNED y Sociedad Española de Paleontología)
Deutsche Zusammenfassung
Methoden im Vergleich: Mikro-Computertomographie und Abformen mit Epoxidharz machen verborgene Details der Bioerosion in den kalkigen Röhrenwänden kreidezeitlicher Meereswürmer (Polychaeten) sichtbar
Die Bioerosion (Bohrungen) in den Röhrenwänden von drei Serpuliden-Arten der (Unter-) Gattungen Cementula, Pyrgopolon (Septenaria) und Placostegus aus dem Böhmischen Kreidebecken wird untersucht mittels Mikro-Computertomographie und Abformen mit Epoxidharz im Vakuum. Die Ergebnisse dieser beiden Methoden werden beurteilt und verglichen bezüglich Eignung des zu untersuchenden Materials, zerstörenden Faktoren, Qualität der erzielten Bilder und Anforderungen an die Hardware und Software.
Vorteile der Mikro-Computertomographie sind, dass das Untersuchungsmaterial nicht zerstört wird, und die Möglichkeit, dreidimensionale Bilder, Animationen und visuelle Serienschnitte zu machen; zudem eignet sich diese Methode für die meisten zu untersuchenden Materialien. Jedoch wird die Anwendbarkeit dieser Methode eingeschränkt durch die relativ geringe Qualität der Bilder und die Anforderungen an die Hardware und Software. Um eine gute Sichtbarkeit der Bohrungen in den Röntgenaufnahmen zu erreichen, müssen sich die Material-Eigenschaften der massiven Röhrenwände und der lockeren Ausfüllungen der Bohrungen hinreichend unterscheiden.
Der Vorteil beim Abformen mit Epoxidharz im Vakuum und anschließender SEM-Untersuchung ist die hohe Qualität der Bilder. Jedoch wird ihre Anwendbarkeit eingeschränkt durch zerstörende Faktoren und Materialbeschaffenheit. Nicht anwendbar ist die Methode bei unlöslichen Materialien wie verkieselten oder in Pyrit umgewandelten Substraten wie bei unserem Exemplar von Placostegus zbyslavus, das von Säuren nur unvollständig aufgelöst wurde. Jedoch lassen sich bei Ausfüllung mit Epoxidharz genauere Details der Morphologie der Bohrungen erkennen, als dies bei der räumlichen Auflösung des Mikro-Computertomographie-Scanners der Fall ist. Diese genaueren Details helfen bei der taxonomischen Bestimmung der Ichnofossilien. Winzige verzweigte Kanäle von Iramena in der Röhrenwand von Cementula sp. sowie die feineren Kanäle, die die Kammern von Entobia mit der Oberfläche der Röhrenwand von Pyrgopolon (Septenaria) cf. tricostata und Cementula sp. verbinden und dort münden, wurden mittels Mikro-Computertomographie nicht entdeckt, aber waren auf SEM-Bildern der Epoxidharz-Abformungen sichtbar.
Translator: Authors
Arabic
Translator: Ashraf M.T. Elewa
Polski
Porównanie metod: metoda wizualizacji mikro-CT i odlewów epoksydowych ujawniają ukryte szczegóły bioerozji w ścianach rur kredowych wieloszczetów
Bioerozja w trzech rurkach serpulidów (pod)rodzajów Cementula, Pyrgopolon (Septenaria) i Placostegus z czeskiego basenu kredowego była badana za pomocą połączenia mikrotomografii komputerowej i techniki osadzania próżniowego w celu uzyskania odlewów z żywicy polimerowej. Wyniki uzyskane obiema metodami zostały ocenione i porównane pod kątem przydatności materiału, siły niszczącej, jakości uzyskanego obrazu oraz wymagań sprzętowych/programowych. Zaletą metodologii mikro-CT jest jej nieniszczącość oraz możliwość wykonywania trójwymiarowych obrazów, animacji i seryjnych przekrojów przez obiekt; metoda ta jest odpowiednia dla większości badanych materiałów, ale jest ograniczona niską jakością otrzymanego obrazu i wysokimi wymaganiami sprzętowymi/programowymi. Aby zapewnić dobrą widoczność otworów w powstałych rekonstrukcjach rentgenowskich, konieczny jest kontrast materiałowy pomiędzy twardym podłożem a otworami. Zaletą techniki odlewania próżniowego, po której następuje obserwacja SEM, jest wysoka jakość uzyskanego obrazu, ale jest ona ograniczona siłą niszczącą i składem materiału. Odlewanie próżniowe jest bezużyteczne w przypadku nierozpuszczalnych podłoży krzemionkowanych lub pirytyzowanych, jak to miało miejsce w przypadku naszego okazu Placostegus zbyslavus, który uszkodził się z powodu niepełnego rozpuszczenia w kwasie. Jednak odlewy epoksydowe zapewniły szczegółową morfologię otworów, które wykraczały poza granicę wykrywalności danej rozdzielczości przestrzennej skanera mikro-CT, i pomogły w identyfikacji ichnotaksonomicznej. Drobne rozgałęzione kanaliki Iramena w Cementula sp. oraz drobniejsze kanały aperturalne łączące komory Entobia z powierzchnią podłoża w Pyrgopolon (Septenaria) cf. tricostata i Cementula sp. nie zostały wykryte za pomocą mikro-CT, ale były widoczne na obrazach SEM odlewów z żywicy epoksydowej.
Słowa kluczowe: mikrotomografia komputerowa; odlewanie próżniowe; Serpulidae; odwierty; późna kreda
Translator: Krzysztof Stefaniak
Ukrainian
Порівняння методів: метод мікро-КТ візуалізації та епоксидне лиття виявляють приховані деталі біоерозії в стінках трубок крейдяних багатощетинкових червів
Біоерозію в трубках трьох (під-)родів серпулід Cementula, Pyrgopolon (Septenaria) і Placostegus з Богемського крейдяного басейну вивчали за допомогою мікрокомп’ютерної томографії та на підставі вивчення зліпків, отриманих шляхом заливання порожнин полімерною смолою під вакуумом. Результати, отримані з використанням обох методів, оцінювалися та порівнювалися з точки зору зручності використання матеріалу, руйнування зразків, якості отриманого зображення та вимог до апаратного/програмного забезпечення. Перевагою методології мікро-КТ є її неруйнівність і можливість створення тривимірних зображень, анімації та серійних розрізів об’єкта; цей метод підходить для більшості досліджуваних зразків, проте він має обмеження у вигляді низької якості отриманого зображення та високих вимог до апаратного/програмного забезпечення. Щоб забезпечити хорошу видимість ходів на отриманих рентгенівських реконструкціях, необхідний матеріальний контраст між твердою підкладкою та трубкою. Перевагою методу вакуумного зліпка з подальшим його аналізом за допомогою СЕМ є висока якість зображення, проте вона обмежена руйнівною силою та складом матеріалу. Вакуумне лиття непридатне для нерозчинних окремнілих або піритизованих субстратів, як це сталося зі зразком Placostegus zbyslavus, який не повністю розчинився у кислоті. Разом з тим, епоксидне лиття забезпечило детальне вивчення морфології отворів, які виходили за межі виявлення заданої просторової роздільної здатності сканера мікро-КТ, і допомогло в іхнотаксономічній ідентифікації. Крихітні розгалужені канали Iramena в Cementula sp. і тонкі апертурні канали, що з'єднують камери Entobia з поверхнею субстрату в Pyrgopolon (Septenaria) cf. tricostata та Cementula sp., не були виявлені за допомогою мікро-КТ, але були видимі на SEM-зображеннях зліпків з епоксидної смоли.
Ключові слова: мікрокомп'ютерна томографія; вакуумне лиття; Serpulidae; ходи; пізня крейда.
Translator: Oleksandr Kovalchuk
Chinese
方法比较: 显微计算体层 (Micro-CT) 可视化和环氧树脂铸模揭示白垩纪多毛类蠕虫管壁中生物侵蚀的隐藏细节
本文利用显微计算体层扫描和真空铸模方法取得聚合物树脂铸模对采自波希米亚白垩纪盆地的分属于三个（亚）属 Cementula、Pyrgopolon (Septenaria) 和 Placostegus 的三个龙介虫类体管中的生物侵蚀进行了研究。 我们从材料可用性、对标本的破坏成度、生成图像的质量和硬件/软件要求方面对这两种方法获得的结果进行了评估和比较。 显微计算体层扫描的优点是它对标本的非破坏性以及三维成图、动画和连续切片的能力； 此方法适用于大多数标本，但受成图质量低和硬件/软件要求高的限制。为确保此法产生的 X 射线重建中钻孔的良好可见性，硬的底层和钻孔之间的对比度是必要的。 真空铸模并辅以扫描电镜观察的优点是所得图像质量高，但受破坏力和标本成分的限制。 真空铸模不适用于不可溶解的硅化或黄铁矿化底层，如本文研究的 Placostegus zbyslavus 标本，它在酸中溶解不完全。 然而环氧树脂铸模提供了超出显微计算体层扫描给定的空间分辨率的检测极限所能达到的钻孔的详细形态，并有助于进行遗迹化石的分类学鉴定。 显微计算体层扫描不能检测到如Cementula sp. 中的Iramena 的微小分支,以及连接 Entobia 腔室和 Pyrgopolon (Septenaria) tricostata 和 Cementula sp. 中基底表面的更精细的孔道, 但在环氧树脂铸模的扫描电镜图像中可见。
关键词: 显微计算机体层扫描; 真空铸模; 龙介虫科; 钻孔; 晚白垩世
Translator: Hongshan Wang
French
Comparaison de méthodes : la méthode de visualisation par micro-CT et inclusion en résine époxy révèlent des détails cachés de la bioérosion de parois des tubes de vers polychètes crétacés
La bioerosion chez trois tubes de serpulides des (sous-) genres Cementula, Pyrgopolon (Septenaria), et Placostegus du bassin crétacé de Bohème ont été étudiés grâce à la combinaison d’étude par micro-tomographie assistée par ordinateur et inclusion en résine époxy sous vide produisant des moulages en polymère. Les résultats obtenus par ces deux méthodes ont été évalués et comparés en termes d’utilisabilité du matériel, caractère destructif de la méthode, la qualité des images obtenues, et les besoins en logiciels et équipements. L’avantage de la microtomographie assistée par ordinateur (µCT) est son caractère non-destructif, la possibilité d’obtenir des images en trois dimensions, des animations, et des coupes sériées dans l’objet ; cette méthode convient bien à la plupart du matériel examiné, mais est limitée par la faible qualité des images obtenues et l’important investissement logiciel et matériel. Pour assurer une bonne visibilité des perforations dans les reconstructions basées sur les radiographies, un contraste entre le substrat dur et les perforations est nécessaire. L’avantage de la technique d’inclusion en résine époxy sous vide suivie d’observation au MEB est la haute qualité des images obtenues, mais est limitée par le caractère destructif de la méthode et la composition du matériel. La technique d’inclusion en résine n’est pas utilisable dans le cas de substrats silicifiés ou pyritisés insolubles, comme cela est arrivé à notre spécimen de Placostegus zbyslavus, qui fut affecté d’une dissolution incomplète en acide. Cependant, l’inclusion en résine epoxy fournit tout de même des détails morphologiques des perforations bien supérieur à la résolution des microtomographes à rayons X et ainsi aide à l’identification ichnotaxonomique. Les tout petits canaux ramifies d’Iramena dans des Cementula sp. ainsi que les canaux connectant les chambres Entobia à la surface du substrat dans des Pyrgopolon (Septenaria) cf. tricostata et Cementula sp. n'ont pas été observables en microtomographie à rayon-X mais étaient visibles sur les images MEB des moulages en résine époxy.
Mots-clés : microtomographie assistée par ordinateur ; inclusion sous vide ; Serpulidae ; perforations ; Crétacé supérieur
Translator: Denis Audo
Russian
Сравнение методов: метод визуализации микро-КТ и заливка эпоксидной смолой при выявлении скрытых деталей биоэрозии стенок трубок меловых многощетинковых червей
Биоэрозия трубок трех родов (подродов) Cementula, Pyrgopolon (Septenaria) и Placostegus из Богемского мелового бассейна была изучена с помощью комбинации микрокомпьютерной томографии и метода вакуумной заливки с получением слепков из полимерной смолы. Результаты, полученные с помощью обоих методов, оценивались и сравнивались с точки зрения удобства использования материала, разрушающего воздействия, качества получаемого изображения и требований к аппаратному/программному обеспечению. Преимуществом методики микро-КТ (micro-CT) является ее интактность и возможность создания трехмерных изображений, анимаций и серийных срезов объекта; этот метод подходит для большинства исследуемых материалов, но он ограничен низким качеством получаемого изображения и высокими требованиями к аппаратному/программному обеспечению. Чтобы обеспечить хорошую видимость отверстий на полученных рентгеновских реконструкциях, необходим определенный уровень контрастности между твердой оболочкой и отверстиями. Преимуществом метода вакуумной заливки с последующим просмотром на сканирующем микроскопе SEM является высокое качество получаемого изображения, но оно характеризуется разрушающим воздействием и составом материала. Вакуумные заливки неприменимы для образцов с нерастворимыми окремненными или пиритизированными субстратами, что показано для нашего образца Placostegus zbyslavus, который пострадал при обработке кислотой. Однако заливка эпоксидной смолой обеспечивает выявление детальной морфологии отверстий, выходящих за пределы пространственного разрешения микро-КТ-сканера, и помогает в ихнотаксономической идентификации. Крошечные ветвящиеся каналы Iramena у Cementula sp. и более тонкие апертурные каналы, соединяющие камеры Entobia с поверхностью субстрата у Pyrgopolon (Septenaria) cf. tricostata и Cementula sp. не были обнаружены с помощью микро-КТ, но были видны на SEM-изображениях слепков из эпоксидной смолы.
Ключевые слова: компьютерная микротомография; вакуумная заливка; Serpulidae; скважина; поздний мел
Translator: Leonid Voyta
