Какой звук издает рыба? Новый подводный инструмент позволяет экологам определять виды рыб по их звукам

Исследователи из некоммерческой организации FishEye Collaborative, Корнеллского университета и Университета Аалто разработали новый инструмент, который сочетает подводную запись звука и видео 360° для точного определения звуков, издаваемых отдельными рыбами. Результаты опубликованы в журнале Methods in Ecology and Evolution.

Экологи используют подводные гидрофоны для мониторинга морских сред, таких как коралловые рифы. Эти устройства записывают плотные звуковые ландшафты, наполненные щелчками, хлопками и треском креветок и рыб.

Однако до сих пор у экологов в основном не было возможности интерпретировать эти звуки на уровне видов, потому что рифы переполнены сотнями видов, и для очень немногих из них звуки были точно задокументированы.

"Когда дело доходит до идентификации звуков, то же биоразнообразие, которое мы стремимся защитить, является и нашей самой большой проблемой", — объясняет ведущий автор исследования доктор Марк Дантцкер. "Разнообразие звуков рыб на коралловом рифе соперничает с разнообразием птиц в тропическом лесу. Только в Карибском бассейне мы предполагаем, что более 700 видов рыб издают звуки".

Новый инструмент, который исследователи называют всенаправленной подводной пассивной акустической камерой (UPAC-360), позволил им определить источники отдельных звуков и приписать их 46 видам рыб с коралловых рифов Кюрасао в Карибском море. Более половины этих видов ранее не были известны как звукоиздающие.

Результаты исследования представляют собой самую обширную коллекцию рыбьих звуков из когда-либо опубликованных. Растущая коллекция доступна всем.

Исследователи заявляют, что идентифицированные звуки из библиотеки теперь можно использовать для автоматического обучения систем машинного обучения для обнаружения видов рыб в подводных записях. Это похоже на то, как птиц можно идентифицировать с помощью смартфонов, например, в приложении Merlin от Cornell Lab of Ornithology. "Мы еще далеки от создания 'Merlin' для океанов, но звуки полезны для ученых и защитников природы уже сейчас", — говорит старший автор исследования доктор Аарон Райс.

Доктор Дантцкер добавляет: "Определяя, какие виды издают какие звуки, мы делаем возможным расшифровку звуковых ландшафтов рифа, превращая акустический мониторинг в мощный инструмент для сохранения океана".

Еще одно преимущество технологии в том, что ее можно разместить на рифе и оставить для сбора данных без необходимости присутствия дайвера или лодки.

Доктор Райс сказал: "Тот факт, что наша система записи размещается в природе и может записывать в течение длительного времени, означает, что мы можем зафиксировать поведение и звуки видов, которые никогда раньше не наблюдались".

Коралловые рифы — это очаги биоразнообразия. Мелководные тропические коралловые рифы занимают всего 0.1% дна океана, но поддерживают 25% всех морских видов. Однако они переживают глобальный упадок из-за таких факторов, как изменение климата, загрязнение и нерациональный промысел.

Их угрожающее состояние означает, что эффективный мониторинг этих экосистем как никогда важен.

"Эти рифы быстро деградируют, угрожая не только биоразнообразию, но и продовольственной безопасности и средствам к существованию почти миллиарда людей, которые от них зависят", — сказал доктор Дантцкер. "В ответ правительства и НПО инвестируют миллиарды в защиту и восстановление рифов. Этого недостаточно, поэтому мы должны гарантировать, что тратим эти ограниченные средства эффективно. Нам нужно отслеживать, как рифы реагируют как на стрессоры, так и на меры вмешательства".

Мэтт Дагган, соавтор исследования, добавил: "До сих пор 'самые громкие' виды, такие как дельфины, киты и креветки-щелкуны, затмевали множество других голосов в море. Обнаружив личность этих скрытых голосов, акустика станет мощным индикатором здоровья и устойчивости рифа и стратегией для мониторинга на больших площадях и глубинах".

Для создания инструмента — UPC360 — исследователи объединили гидрофоны для записи пространственного звука с камерой 360°. Эта техника используется для создания видеоконтента виртуальной реальности, но под водой ее никогда не применяли.

"Пространственный звук позволяет слышать направление, с которого звуки приходят к камере", — пояснил доктор Дантцкер. "Когда мы визуализируем этот звук и накладываем картинку на изображение 360°, результатом становится видео, которое может показать, какой звук издала какая рыба".

Хотя результаты представляют собой самую обширную коллекцию таких рыбьих звуков, они по-прежнему составляют лишь часть от общего числа видов на рифе. Исследователи говорят, что эта техника открывает дверь для расшифровки всего рифа. Они расширяют исследования, пополняя библиотеку для Карибского бассейна и расширяя свои усилия на другие рифы по всему миру, включая Гавайи и Индонезию, в ближайшие месяцы.