Мир дикой природы полон невидимых историй. Пока человек спит, лесные обитатели оставляют на снегу и почве подробные отчеты о своих перемещениях, поиске пищи и встречах с сородичами. Проблема лишь в том, что «прочитать» эти послания под силу лишь узкому кругу экспертов-следопытов. Однако сегодня на помощь ученым приходит компьютерное зрение.
Недавние исследования привели к созданию OpenAnimalTracks – первой в мире открытой базы данных изображений следов животных. Этот набор включает 3579 снимков отпечатков лап 18 различных видов, включая медведей, рысей, енотов и даже слонов. Чтобы сделать систему максимально надежной, данные собирали в самых разных условиях: в грязи, песке и на снегу.
Результаты впечатляют, хотя до абсолютной точности еще далеко. Современные алгоритмы, такие как SwinTransformer, уже способны распознавать виды животных по их следам с точностью до 69,41%. Анализ показал, что нейросети лучше справляются с идентификацией крупных копытных, например оленей (81% точности), но порой «пасуют» перед мелкими грызунами. Это связано с тем, что структура отпечатка для ИИ важнее, чем текстура фона. В будущем ученые планируют обучить систему учитывать размер следа, что поможет избежать курьезных ошибок – например, когда крошечный отпечаток мыши путают со следом норки.
Секреты экспертной идентификации
Несмотря на прогресс ИИ, полевая работа зоологов остается незаменимой. Одной из самых сложных задач всегда было отличие волка от крупной собаки. На первый взгляд они идентичны, но у серого хищника есть свои «фирменные» признаки. След волка более вытянут, а его пальцы прижаты к ступне, создавая ощущение «комка», в то время как собака их часто растопыривает.
Интересно, что в источниках встречается разное описание «собранности» лап, что подчеркивает сложность визуальной оценки. Одно описание говорит о «комке» у волка, другое – о том, что именно у собаки подушечки собраны так, что положенная поперек соломинка коснется всех четырех пальцев. Однако все эксперты сходятся в одном главном тесте: у волка два передних пальца заметно выдвинуты вперед. Расстояние между ними и боковыми пальцами настолько велико, что туда можно положить спичку или соломинку, не задев сами отпечатки.
Лисица, в свою очередь, оставляет следы, похожие на «лодочки», где пальцы плотно прижаты друг к другу. Ее походка – эталон прямолинейности: в отличие от собаки, которая постоянно петляет и ходит зигзагами, лиса движется почти по идеально ровной линии.
Куница против соболя: генетическая драма в лесах Сибири
Особый интерес для исследователей представляют представители семейства куньих. Здесь разыгрывается настоящая биологическая детективная история. На западе России живет лесная куница, к востоку от Урала – соболь. Но на стыке их ареалов, в Северном Зауралье, обитает их уникальный гибрид – кидус.
Кидус – это своего рода «природная подделка». Его мех часто бракуют производители шуб, так как он сочетает признаки обоих видов, но не обладает идеальными качествами соболя. Биологически эти виды очень близки, но имеют характерные отличия:
- Лапы: у куницы летом они голые, а к зиме обрастают густой шерстью, чтобы не проваливаться в снег. У соболя лапы шире и зимой опушены настолько сильно, что отпечатки становятся нечеткими, «размытыми».
- След: отпечаток куницы (около 5х3 см) напоминает переднюю лапу зайца–беляка, а прыжки могут достигать 1,5 метров. След соболя крупнее (8х6 см) и сопоставим по размеру с лисьим.
- Размножение: природа заложила в куниц удивительный механизм – латентную стадию беременности. После спаривания летом эмбрион не развивается сразу, из–за чего общая беременность растягивается на 9 месяцев, а детеныши появляются только весной.
Как работает «лесное правосудие»: методика ЗМУ
Чтобы эффективно управлять биоразнообразием, ученым нужно знать точное количество зверей. В России для этого десятилетиями используется Зимний маршрутный учет (ЗМУ). Это тяжелый труд, требующий от учетчика умения ходить на лыжах и железной дисциплины.
Процесс занимает два дня. В первый день, называемый «днем затирки», учетчик проходит по маршруту и буквально стирает все старые следы, используя широкую еловую ветку, привязанную к поясу. На второй день он возвращается, чтобы фиксировать только свежие отпечатки, появившиеся за последние сутки.
Расчет численности (D) ведется по математической формуле D = AK, где «А» – это среднее число пересечений следов на 1 км, а «К» – специальный коэффициент суточной активности животного. Например, для волка в средней полосе этот коэффициент составляет 0,1, а для белки – 5,2. Такой системный подход позволяет вовремя заметить депрессию численности вида, как это случилось с лесной куницей в середине 90-х, и принять меры по ее охране.
Сегодняшнее объединение традиционных знаний следопытов и мощностей искусственного интеллекта открывает новую главу в изучении природы. Мы начинаем не просто видеть отпечатки на снегу, но и понимать глобальные процессы миграции и эволюции, скрытые в этих мимолетных знаках.