AI и гражданская наука объединяются для спасения акул
Треть видов акул находится под угрозой исчезновения, но у учёных по-прежнему не хватает базовых данных об их местах обитания, популяциях и тенденциях. Чтобы решить эту проблему, исследователи из Virginia Tech, Стэнфордского университета и других институтов создают крупнейшую в мире открытую базу данных о встречах с акулами — sharkPulse — на основе онлайн-фотографий.
Вместо сбора отдельных сообщений платформа, описанная в исследовании, использует искусственный интеллект (AI) для сканирования онлайн-источников в поиске фотографий акул, автоматически извлекая данные о местоположении, времени и идентифицируя виды.
Исследование опубликовано в Fish and Fisheries.
Изображения проверяются как общественностью, так и экспертами, а затем добавляются в поисковую базу данных. Такой подход позволяет исследователям картировать популяции акул и отслеживать изменения в их численности и распределении с беспрецедентным масштабом и скоростью.
«Это меняет гражданскую науку с добровольных сообщений на интеллектуальное автономное обнаружение, превращая повседневную цифровую активность в данные для сохранения видов», — говорит Франческо Ферретти, ведущий автор исследования и доцент Департамента охраны рыб и дикой природы.
Существующий пробел в данных мешает охране, так как исследователи не знают всех мест обитания и районов, которые посещают акулы.
«С камерами почти в руках у каждого наши встречи с океаном записываются как никогда раньше, — говорит Джереми Джанретт, аспирант департамента и соавтор проекта. — SharkPulse использует этот беспрецедентный глобальный поток изображений и видео, применяя AI и науку о данных для пассивного мониторинга популяций акул в масштабах, ранее невозможных».
Использование этого источника данных предлагает практический способ заполнить существующие пробелы в знаниях об угрожаемых морских видах, способствуя более информированным и скоординированным усилиям по их сохранению.
«Мы не можем защитить то, чего не знаем, — говорит Ферретти. — Как показано в нашей статье, sharkPulse превращает разрозненные сигналы в знания».
Эта работа основана на предыдущих глобальных исследованиях акул Ферретти:
- Другой проект запустил «Погоню за белой акулой» для отслеживания находящихся на грани исчезновения белых акул в регионе. Используя eDNA и камеры с приманкой, исследователи обнаружили белых акул в нескольких точках Сицилийского пролива. Результаты поддерживают усилия по запуску программы мониторинга для предотвращения вымирания популяции.
- Во время экспедиции исследователи пометили молодую акулу-мако — это первая запись о таком мечении в Средиземном море. Отслеживание показало, что акула преодолела более 750 миль за 54 дня, что подчеркивает обширный ареал вида и необходимость более широкого планирования охраны.
- Virginia Tech также участвовал в проекте MegaMove — глобальной инициативе по отслеживанию более 100 видов крупных морских млекопитающих и картированию ключевых мест обитания и миграционных путей. Результаты показали, что 60% этих критически важных мест обитания находятся за пределами охраняемых территорий, что указывает на необходимость более широких природоохранных мер.
Вместе эти проекты отражают приверженность Virginia Tech сохранению морской среды через целевые исследования, технологии и глобальное сотрудничество.
Отслеживание глобальных тенденций
SharkPulse автоматизирует сбор данных, снижая зависимость от ручной загрузки — это сдвиг по сравнению с традиционной гражданской наукой. Однако платформа по-прежнему полагается на участие общественности для проверки наблюдений и обучения моделей AI.
На сегодняшний день sharkPulse проверил более 91 000 записей по 285 видам акул — почти 53% от известных видов. Это помогло выявить новые «горячие точки» обитания акул, например, белых акул в Средиземном море. Платформа может поддерживать оценку Красного списка Международного союза охраны природы (The International Union for Conservation of Nature's Red List of Threatened Species), генерируя динамические карты распределения и тренды численности, которые обновляются по мере поступления новых данных.
Влияние в регионе Средней Атлантики
В Вирджинии бычьих акул считают летними гостями Чесапикского залива, однако об их перемещениях или размере популяции известно мало. 13 августа 2018 года рыбак, ловивший менхэден, поймал и сфотографировал бычью акулу длиной 2,6 метра у мыса Сидар в округе Сент-Мэри.
«sharkPulse построен именно на таких записях. Платформа даёт нам способ собирать и систематизировать разрозненную локальную информацию и превращать её в научное знание, — говорит Ферретти. — Это укрепляет наше понимание морских экосистем не только в глобальном масштабе, но и близко к дому».
В проекте участвовали студенты и сотрудники Virginia Tech из разных дисциплин: компьютерных наук, охраны дикой природы, науки о данных. Команда стремится получить новые гранты для расширения охвата и устойчивости платформы.
Перспективы
Исследователи надеются масштабировать sharkPulse дальше, используя многоязычный анализ данных и международное партнёрство для заполнения географических пробелов. Они изучают, как сделать данные более полезными для политиков, управляющих рыболовством и природоохранных групп.
«Речь идёт о создании постоянного пульсометра для океана, — говорит Ферретти. — Чем больше мы видим, тем больше можем сделать для защиты».
Этот проект — краеугольный камень диссертации Джанретта, где он занимается созданием практичных, масштабируемых инструментов для сохранения акул.
«Я активно разрабатываю и совершенствую sharkPulse, что позволило мне объединить машинное обучение, обработку больших данных и гражданскую науку в единую систему, направленную на решение насущной проблемы в сохранении морской среды: как отслеживать широко распространённые, малоизученные популяции акул почти в реальном времени», — говорит он.
Платформа гибкая. Команда рассматривает модель sharkPulse как шаблон, который можно адаптировать для других групп видов — от морских черепах до летучих мышей.