곤충은 지구상에서 가장 큰 생물군으로 생태계에서 중요한 역할을 하며, 생물 구조를 모방하는 생체모방 기술 연구에서도 중요한 모델로 활용됨
- 대규모 곤충 표본 컬렉션은 종 다양성 기록, 개체군 변화 분석, 형태·생리·유전적 특성 간 관계 이해에 필수적이며 환경 및 기후 변화 영향 모니터링에도 활용됨
- 이러한 연구를 지원하기 위해 카를스루에 공과대학(KIT)과 오키나와 과학기술대학원대학교(OIST) 연구진은 세계 최대 규모의 3D 곤충 데이터베이스 플랫폼 ‘Antscan’을 구축
- Antscan은 3D 이미징 기술, 데이터 처리 기술, 인공지능(AI)을 결합한 국제 공동 연구 프로젝트의 결과로 개발되었으며 연구자, 교육자, 일반 대중 모두가 자유롭게 접근할 수 있음
Antscan 프로젝트는 짧은 기간 안에 많은 곤충 표본의 3D 이미지를 디지털화하는 것을 목표로 하는 파일럿 연구
- 현재 플랫폼은 개미를 중심으로 구축되었지만 향후 다른 소형 무척추동물에도 적용될 수 있도록 설계됨
- 개미는 전 세계 다양한 환경에 분포하며 약 1만4천 종 이상이 알려져 있고 추가 종도 수천 종 존재할 것으로 추정되는 매우 높은 형태 다양성을 지니고 있어 연구 대상의 출발점으로 적합
- 연구진은 전 세계 박물관 및 컬렉션에서 약 2,200개의 개미 표본을 수집, 표본의 보존 상태가 매우 좋아 연부 조직을 포함한 해부학적 구조까지 디지털화 가능
- 이미지 획득에는 싱크로트론 기반 마이크로 컴퓨터 단층촬영(synchrotron microCT) 기술이 활용됨. 이는 일반적인 X-ray 튜브 대신 입자 가속기 기반 방사광(synchrotron)을 사용해 매우 높은 해상도와 대비를 가진 영상을 생성
- KIT의 입자 가속기 기반 방사광 연구시설(KIT Light Source)에 설치된 고처리량 토모그래피 장비와 로봇 및 고속 카메라 시스템을 활용해 수일 내에 대량의 X-ray 데이터 획득이 가능했으며 이후 자동화된 방식으로 3D 이미지가 재구성됨
생성된 “디지털 개미” 데이터는 KIT 과학 데이터센터 인프라에 저장되었으며 RADAR4KIT 서비스를 통해 공개됨
- 데이터베이스는 이미지 분석 플랫폼 Biomedisa와 연결되어 있으며 3D 표면 미리보기와 인터랙티브 모델을 제공하며, 각 데이터에는 분류학 정보, 생태 정보, 지리 정보, 유전체 분석 진행 여부 등 상세 메타데이터가 포함
- 연구팀은 대규모 유전체 시퀀싱 프로젝트와 연계해 같은 종 또는 같은 개미 군집에서 수집된 개체를 분석함으로써 분자 수준 정보와 형태학 데이터 간 연결을 구축
- 연구 책임자 Kamp는 이러한 접근이 형태, 유전체 변이, 환경 요인 간 관계를 새로운 방식으로 분석할 수 있도록 한다고 설명
- Antscan 플랫폼은 생물다양성 연구와 진화 연구를 위한 새로운 디지털 연구 인프라를 제공하며, 향후 다양한 무척추동물 연구에도 확장될 수 있을 것으로 기대됨
