Home

Benefits and limits of x-ray micro-computed tomography for visualization of colonization and bioerosion of shelled organisms

Zuzana Heřmanová, Jana Bruthansová, Katarína Holcová, Radek Mikuláš, Martina Kočová Veselská, Tomáš Kočí, Jan Dudák, and Martin Vohník

Plain Language Abstract

Micro-computed tomography (micro-CT) allows non-invasive imaging of internal structures of various objects. In this paper, a large set of fossils was visualized using micro-CT. The investigated material consisted of various marine shells from the Ordovician to recent, and we focused on visualization of their borings as a result of the direct action of other organisms. Optimal settings of micro-CT devices for different types of shells and materials are suggested. Three-dimensional visualization of surfaces of fossil shells using surface modelling is proposed. The main benefits of micro-CT comprise its non-destructive nature (valuable specimens can be preserved for further studies) and the possibility of 3D visualization of inner structures. On the other hand, resolutions of less than 1 µm cannot be effectively achieved, and this may limit studies of certain micro-borings.

Resumen en Español

Beneficios y limitaciones de la tomografía micro-computada de rayos x para la visualización de colonización y bioerosión de organismos con conchilla

La tomografía micro-computada (micro-CT) permite la generación de imágenes no invasiva de estructuras internas de objetos variados. Los dispositivos de micro-CT (microscopio de rayos x, escáner CT) utilizan rayos x para ver dentro del objeto y permitir su reconstrucción 3D. Aquí, un set grande de conchillas (>60 especímenes) de composición y origen variados fueron visualizados usando un micro-CT para testear su eficiencia en la investigación de (micro-)perforaciones y otras estructuras de colonización. El set incluyó materiales y estructuras varias de conchillas marinas, del Ordovícico a la actualidad, algunos influidos por cambios diagenéticos; comprende moldes internos de fósiles corpóreos de invertebrados preservados en nódulos silíceos, una colonia de briozoos proveniente de margas a calizas arcillosas, interacciones epibiónticas de colonias de briozoos y especímenes de conuláridos con peridermo apatítico provenientes de sedimentos carbonáticos arcillosos, conchillas calcáreas de gastrópodos platicéridos provenientes de calizas organodetríticas, microperforaciones en grainstones peloidales, serpúlidos calcíticos o calcíticos/aragoníticos, cuerpos en forma de “huevo” lacustres de pared orgánica, y Foraminifera actuales provenientes del Mediterráneo. Nos centramos en varias estructuras desde microperforaciones diminutas hasta macroperforaciones, excavaciones y epibiontes. Se sugieren los ajustes óptimos de los dispositivos micro-CT para distintos tipos de conchillas en combinación con diferentes tipos de perforaciones y sus rellenos, excavaciones y epibiontes. Se propone la visualización tridimensional de las superficies de los organismos con conchilla fósiles usando modelado de superficie. Los principales beneficios del micro-CT incluye su naturaleza no destructiva (las mediciones pueden ser repetidas, especímenes valiosos pueden ser preservados para estudios futuros, etc.) y una razonable visualización 3D de las estructuras internas. Por otro lado, una resolución menor a 1 µm no puede ser alcanzada efectivamente, y esto limita los estudios de microperforaciones de bacterias y determinados hongos.

Palabras clave: tomografía micro-computada de rayos x; perforaciones; excavaciones; epibiontes; metodología

Traducción: Diana Elizabeth Fernández

Résumé en Français

Avantages et limites de la microtomodensitométrie pour visualiser la colonisation et la bioérosion des organismes à coquille

La microtomodensitométrie (micro-CT) permet une imagerie non destructive des structures internes d’objets variés. Les équipements micro-CT (microscope à rayons X, CT scanner) utilisent des rayons X pour voir à l’intérieur des objets et permettre leur reconstruction en 3D. Dans cet article, un échantillon important de coquilles (> 60 spécimens) de compositions et d’origines variées a été visualisé en utilisant la micro-CT pour tester son efficacité dans l’étude des (micro)perforations et autres structures de colonisation. L’échantillon comprend des matériaux et des structures variées de coquilles marines, datant de l’Ordovicien à l’Actuel, dont certaines sont influencées par des changements diagénétiques ; il comprend des moules internes de corps fossilisés d’invertébrés préservés dans les nodules siliceux, des colonies de bryozoaires dans des marnes/calcaires argileux, des épibioses entre des colonies de bryozoaires et des spécimens de Conulariida avec un périderme apatitique dans des calcaires argileux, des coquilles calcaires de gastéropodes platyceridés dans des calcaires organodétritiques, des microperforations dans des grainstones pelloïdaux, des tubes de vers serpulidés calcitiques ou calcitiques/aragonitiques, des corps lacustres ovoïdes à paroi organique, et des foraminifères actuels de la Méditerranée. Nous nous sommes concentrés sur des structures variées : des microperforations minuscules aux macroperforations, des terriers, et des épibiontes. Les réglages optimaux des équipements micro-CT sont suggérés pour les différentes combinaisons de types de coquilles et de types de creusements (et leurs remplissages), de terriers, et d’épibiontes. La visualisation tridimensionnelle des surfaces des fossiles d’organismes à coquille en utilisant la modélisation de surface est proposée. Les principaux bénéfices de la micro-CT incluent sa nature non destructive (les mesures peuvent être répétées, des spécimens précieux peuvent être préservés pour de future études, etc.) et une visualisation 3D raisonnable des structures internes. D’un autre côté, des résolutions inférieures à 1 µm ne peuvent pas être atteintes et cela pourrait limiter les études de microperforations laissées par des bactéries et certains champignons.

Mots-clés : microtomodensitométrie ; perforations ; terriers ; épibiontes ; méthodologie

Translator: Antoine Souron

Deutsche Zusammenfassung

Vorteile und Grenzen der Röntgen-Mikro-Computertomographie zur Visualisierung der Kolonisierung und Bioerosion von schalentragenden Organismen

Mikro-Computertomographie (Mikro-CT) ermöglicht die nicht-invasive Abbildung von inneren Strukturen verschiedener Objekte. Mikro-CT-Geräte (Röntgenmikroskop, CT-Scanner) nutzen Röntgenstrahlen, um in das Innere des Objekts zu sehen und seine 3D-Rekonstruktion zu ermöglichen. Es wurde hier eine große Anzahl von Gehäusen (>60 Proben) unterschiedlicher Zusammensetzung und Herkunft mit Mikro-CT visualisiert, um die Effizienz bei der Untersuchung von (Mikro-)Bohrungen und anderen Kolonisierungsstrukturen zu testen. Die Probe deckte verschiedene Materialien und Strukturen mariner Schalentiere ab, vom Ordovizium bis zur Neuzeit, wobei einige von ihnen durch diagenetische Veränderungen beeinflusst wurden. Sie umfasste Steinkerne von wirbellosen Körperfossilien aus Kieselknollen, Bryozoenkolonien aus Mergeln bis zu tonigen Kalksteinen, epibiontische Interaktionen von Bryozoenkolonien und konulariiden Stücken mit apatitischem Periderm aus Tonkalksteinsedimenten, kalkhaltige Gehäuse platycerider Gastropoden aus organodetritischen Kalksteinen, Mikrobohrungen in peloidalem Grainstone, kalzitische oder kalzitisch/aragonitische serpulide Röhrenwürmer, lakustrine eiförmige Körper mit organischen Wänden und rezente Foraminiferen aus dem Mittelmeer. Wir konzentrierten uns auf verschiedene Strukturen, von winzigen Mikrobohrungen bis hin zu Makrobohrungen, Bohrgängen und Epibionten. Es werden optimale Einstellungen von Mikro-CT-Geräten für verschiedene Arten von Schalen und Gehäusen in Kombination mit verschiedenen Arten von Bohrlöchern und deren Füllungen, Bohrgängen und Epibionten vorgeschlagen. Vorgeschlagen wird die dreidimensionale Visualisierung der Oberflächen von fossilen Organismen mit Schalen mittels Oberflächenmodellierung. Zu den Hauptvorteilen von Mikro-CT gehören die zerstörungsfreie Art und Weise (Messungen können wiederholt werden, wertvolle Proben können für weitere Studien aufbewahrt werden usw.) und vernünftige 3D-Visualisierung innerer Strukturen. Auf der anderen Seite können Auflösungen von weniger als 1 µm nicht effektiv erreicht werden, was Studien über Mikrobohrungen durch Bakterien und bestimmte Pilze einschränken kann.

Schlüsselwörter: Röntgen Computertomographie; Bohrlöcher; Bohrgänge; Epibionten; Methodik

Translator: Eva Gebauer

Arabic

Translator: Ashraf M.T. Elewa

Polski

Zalety i ograniczenia rentgenowskiej tomografii komputerowej przy wizualizacji kolonizacji i bioerozji organizmów oskorupionych.

Tomografia mikro-obliczeniowa (mikro-CT) umożliwia nieinwazyjne obrazowanie wewnętrznych struktur różnych obiektów. Urządzenia mikro-CT (mikroskop rentgenowski, skaner CT) wykorzystują promieniowanie rentgenowskie, aby uwidocznić wnętrze obiektu i umożliwić jego trójwymiarową rekonstrukcję. Tutaj wizualizowano duży zestaw muszli (> 60 próbek) o różnym składzie i pochodzeniu za pomocą mikro-CT w celu przetestowania jego skuteczności w badaniu (mikro-) śladów wiercenia i innych struktur kolonizacyjnych. Zestaw obejmował różne materiały i struktury muszli morskich, od ordowiku do współczesności. Na niektóre z nich wpłynęły zmiany diagenetyczne; składały się na nie ośródki bezkręgowców zachowane w bułach krzemionkowych, kolonie mszaków od margli do wapieni gliniastych, ślady interakcji epibiontycznych kolonii mszaków i okazów Conullarida z perydermą z apatytu z osadów wapiennych gliny, wapienne muszle ślimaków Platyceratidae z detrytycznych wapieni, mikrowiercenia z ziaren peloidalnych, kalcytowe lub kalcytowo/aragonitowe rurki Serpulidae, jajowate twory o organicznych ściankach z jezior i współczesne Foraminifera z Morza Śródziemnego. Skoncentrowaliśmy się na różnych strukturach od drobnych mikrowierceń po makrowiercenia, nory i epibionty. Sugerujemy optymalne ustawienia urządzeń mikro-CT dla różnych rodzajów skorup w połączeniu z różnymi rodzajami borowań i ich wypełnień, nor i epibiontów. Proponujemy trójwymiarową wizualizację powierzchni organizmów kopalnych organizmów oskorupionych za pomocą modelowania powierzchni. Główne zalety mikro-CT obejmują jego nieniszczący charakter (pomiary można powtarzać, cenne próbki można zachować do dalszych badań itp.) oraz wiarygodną wizualizację trójwymiarowych struktur wewnętrznych. Z drugiej strony nie można skutecznie osiągnąć rozdzielczości mniejszych niż 1 µm, co może ograniczyć badania mikroborowania przez bakterie i niektóre grzyby.

Słowa kluczowe: rentgenowska tomografia komputerowa; wiercenia; nory; epibionty; metodologia

Translator:  Krzysztof Stefaniak

Russian

Преимущества и ограничения рентгеновской микрокомпьютерной томографии для визуализации колонизации и биоэрозии раковинных организмов

Микрокомпьютерная томография (микро-КТ) позволяет проводить неинвазивную визуализацию внутренних структур различных объектов. Устройства микро-КT (рентгеновский микроскоп, КТ сканер) используют х-лучи, чтобы увидеть внутреннюю структуру объекта и обеспечить его 3D реконструкцию. Предметом нашего исследования была визуализация большого набора раковин (> 60 образцов) различного состава и происхождения с использованием микро-КТ для проверки ее эффективности при исследовании (микро-)отверстий сверления и других структур колонизации. Набор охватывал различные материалы и конструкции морских раковин, от ордовика до современности; часть из них находятся под влиянием диагенетических изменений. Этот набор включал внутренние формы тела ископаемых беспозвоночных, сохранившиеся в кремнистых конкрециях; колонии мшанок из мергелей и глинистых известняков; эпибионтные взаимодействия колоний мшанок и конулярий с апатитовой перидермой из глинистых известняков; известковые раковин брюхоногих платицерид из органодетритовых известняков; микроотверстия, просверленные в пелоидной породе; кальцитовые или кальцит-арагонитовые образования серпулидных трубчатых червей, а также образцы рецентных фораминифер из Средиземноморья. Мы сфокусировались на различных структурах – от микро- до макроотверстий сверления, норах и эпибионтах. Предложены оптимальные настройки устройств микро-КТ для различных типов раковин в сочетании с различными типами отверстий и их заполнением, нор и эпибионтов. Предложена трехмерная визуализация поверхностей ископаемых организмов с использованием моделирования их поверхности. Основные преимущества микро-КТ включают ее неразрушающий характер (измерения можно повторять, ценные образцы можно сохранить для дальнейших исследований и т.д.) и возможность адекватной трехмерной визуализации внутренних структур. С другой стороны, разрешение менее 1 мкм не может быть эффективно достигнуто, и это может ограничить исследования микроотверстий сверления, проделанных бактериями и некоторыми грибами.

Ключевые слова: рентгеновская микрокомпьютерная томография; сверление; норы; эпибионты; методология.

Translator: Oleksandr Kovalchuk

Ukrainian

Переваги та обмеження рентгенівської мікрокомп’ютерної томографії для візуалізації колонізації та біоерозії раковинних організмів

Мікрокомп’ютерна томографія (мікро-КТ) дозволяє проводити неінвазивну візуалізацію внутрішніх структур різних об’єктів. Пристрої мікро-КТ (рентгенівський мікроскоп, КТ-сканер) використовують рентгенограми, щоб побачити внутрішню структуру об’єкта і здійснити його 3D-реконструкцію. Предметом нашого дослідження була візуалізація великого набору раковин (> 60 зразків) різного складу та походження за допомогою мікро-КТ для перевірки ефективності цього методу для дослідження (мікро-) отворів сверління та інших колонізаційних структур. Набір охоплював різні матеріали та структури морських раковин, починаючи з ордовику до сучасності; деякі з них зазнали діагенетичних змін. Цей набір включав внутрішні форми тіла викопних безхребетних, збережені у кременистих конкреціях; колонії моховаток із мергелів та глинистих вапняків; епібіонтні взаємодії колоній моховаток і конулярій з апатитовою перидермою; вапнкові раковини черевоногих платицерід із органодетритових вапняків; мікроотвори, просвердлені в пелоїдній породі; кальцит або кальцит-арагонітові утворення серпулідних трубчастих червів, а також зразки рецентних форамініфер із Середземномор’я. Ми зосередили свою увагу на різних структурах – від мікро- до макроотворів сверління, норах та епібіонтах. Запропоновано оптимальні настройки пристроїв мікро-КТ для різних типів раковин у поєднанні з різними типами отворів та їхнім заповненням, норами та епібіонтами. Запропоновано тривимірну візуалізацію поверхонь викопних організмів з використанням моделювання поверхні. Основними перевагами мікро-КТ методу є його неруйнівний характер (вимірювання можуть бути повторені, цінні зразки можуть бути збережені для подальших досліджень тощо) та можливість адекватної 3D-візуалізації внутрішніх структур. З іншого боку, складно досягти роздільної здатності менше 1 мкм, і це може обмежити дослідження мікроотворів сверління, пророблених бактеріями та деякими грибами.

Ключові слова: рентгенівська мікрокомп’ютерна томографія; сверління; нори; епібіонти; методологія.

Translator: Oleksandr Kovalchuk

logo smallPalaeontologia Electronica
Webmaster
1998–2020
23 years of electronic palaeontology

PE is archived by CLOCKSS and LOCKSS programs.