Изучение биоразнообразия — трудоемкий процесс, требующий использования различных методов мониторинга. Сегодня мы разберем биоакустический мониторинг!
В мире поистине огромное количество живых организмов, большая часть из которых до сих пор остаётся неизученной. Наука не стоит на месте, и сейчас активно разрабатываются новые методы, позволяющие обработать это «непаханое поле биоразнообразия». Один из них – биоакустический мониторинг.
Каждый уголок нашей планеты наполнен звуками. Пение птиц, трели лягушек, шорохи насекомых — все эти звуки могут рассказать нам о состоянии окружающей среды. Акустический мониторинг использует микрофоны и другие устройства для записи звуков, что позволяет ученым анализировать биоразнообразие в различных экосистемах.
Почему это важно?
Традиционные методы мониторинга, такие как визуальные наблюдения или ловушки для животных, могут быть трудоемкими и времязатратными. Кроме того, на данный момент около 28% всех видов растений и животных находятся под угрозой исчезновения. Именно поэтому стоит обращать внимание на неинвазивные методы исследования (как, например, акустический мониторинг). Рассматриваемый метод предлагает более эффективный способ сбора данных. Он позволяет охватить большие территории и фиксировать активность животных в реальном времени, даже в труднодоступных местах. Особенно полезен такой метод в условиях, которые не позволяют устанавливать фотоловушки (в океанах и реках, в густых зарослях растений).
Как это работает?
Ученые устанавливают специальные устройства в определенных местах и записывают звуки на протяжении длительного времени. Затем с помощью специальных алгоритмов (с использованием автоматизированного мониторинга, машинного обучения и искусственного интеллекта) они анализируют записи, чтобы определить, какие виды присутствуют в данной области. Это может помочь выявить изменения в биоразнообразии, оценить численность особей, а также некоторые этологические особенности животных.
Примеры успеха
Такой метод можно использовать практически везде — от тропических лесов до морских заповедников. В одном из исследований ученые смогли обнаружить редкие виды птиц, которые не были зарегистрированы ранее, просто проанализировав их пение.
Традиционное статистическое машинное обучение применяется в биоакустике уже много лет. Однако только примерно в 2016 году применение глубокого обучения к большим наборам данных, собранных по многим видам, обитающим в дикой природе, позволило делать более масштабные выводы. В настоящее время существуют крупные проекты, регистрирующие звуки животных (например, Австралийская акустическая обсерватория, SAFE Acoustics на Борнео и Sound of Norway). Также существуют готовые классификаторы, которые хорошо работают для классификации видов птиц и летучих мышей (такие как BirdNET и BTO Acoustic Pipeline).
В морской экологии биоакустика является бесценным источником информации. Океаны представляют собой среду, в которой непосредственное наблюдение за животными затруднено, но звук, характерный для конкретного вида, является хорошим индикатором как присутствия вида, так и индивидуального присутствия и даже поведения, поскольку конкретное поведение часто ассоциируется с определёнными типами звуков. Например, маршруты миграции, поведение и относительная плотность популяции китов уже давно изучаются с помощью использования автономных, неинвазивных регистрирующих устройств в океанах, называемых пассивным акустическим мониторингом (PAM). Еще одним преимуществом искусственного интеллекта по сравнению с ручным анализом является возможность получения почти мгновенных результатов. Это позволяет, например, в режиме реального времени предупреждать о присутствии крупного усатого кита в судоходных каналах, что может помочь избежать столкновений.
Будущее мониторинга биоразнообразия
Акустический мониторинг открывает новые горизонты для изучения и защиты природы. С развитием технологий и алгоритмов обработки данных этот метод станет еще более доступным и точным. Ученые надеются, что в будущем акустические данные помогут не только отслеживать изменения в видовом разнообразии, но и разрабатывать стратегии его сохранения.
Источник: https://doi.org/10.1126/science.adh2716