Новая веб-технология фиксирует присутствие видов по их звукам
Идентификация и мониторинг тысяч видов в тропических экосистемах — сложная задача, но новая технология значительно её упрощает. Учёные сообщают о киберинфраструктуре, позволяющей вести акустическую запись в реальном времени и последующую идентификацию видов в удалённых локациях по всему миру. Тысячи аудиозаписей тропических птиц, лягушек, обезьян и насекомых в Пуэрто-Рико и Коста-Рике были собраны с помощью автоматических записывающих станций в естественной среде обитания и проанализированы для определения видов.
Ожидается, что тропическое обезлесение и изменение климата серьёзно повлияют на большинство тропических видов, но немногие виды изучались более нескольких лет и обычно лишь на одной площадке. Новая технология (сочетающая программное и аппаратное обеспечение) делает мониторинг видов проще, масштабнее и дешевле, а также способна передавать результаты в реальном времени через интернет.
Группа учёных под руководством доктора Митчелла Айда и доктора Карлоса Коррада-Браво из Университета Пуэрто-Рико разработала аппаратное и программное обеспечение для сбора, обработки и анализа аудиозаписей в реальном времени. Аппаратная часть, использующая дешёвые и доступные компоненты (например, iPod и автомобильные аккумуляторы), записывает 144 одноминутных фрагмента в день в удалённых местах и отправляет их в реальном времени на базовую станцию на расстоянии до 40 км. Затем записи пересылаются на сервер проекта в Пуэрто-Рико, где обрабатываются и становятся доступными миру через интернет менее чем за минуту. Система была протестирована в Пуэрто-Рико и Коста-Рике, и сегодня любой пользователь интернета может просматривать и прослушивать более 1 миллиона записей из этих и многих других мест, включая Гавайи, Аризону, Аргентину и Бразилию.
Для автоматизации идентификации видов группа разработала веб-приложение, предоставляющее пользователям инструменты для обучения ПО автоматическому распознаванию видов, а также для оценки точности модели. После создания биологом надёжной модели компьютер может обработать более 100 000 записей менее чем за час, предоставив данные о присутствии или отсутствии видов.
Система и её результаты описаны в статье, опубликованной в открытом журнале PeerJ. Используя систему для анализа недавно описанного вида исчезающей лягушки в Пуэрто-Рико (Eleutherodactylus juanariveroi), команда продемонстрировала ценность долгосрочного сбора данных. Активность "пения" этого вида значительно снизилась за четыре года, но на пятый год восстановилась до исходного уровня (такая динамика характерна для многих видов, но её часто трудно измерить).
"Чтобы понять последствия обезлесения и изменения климата, нам нужны надёжные долгосрочные данные о фауне со всего мира", — пояснил доктор Айд. — "Традиционная методология отбора проб, когда биологи отправляются в поле, дорога и часто даёт неполные и ограниченные наборы данных, потому что невозможно держать биологов в поле 24 часа в сутки круглый год, и невозможно клонировать экспертов-биологов для одновременного мониторинга различных площадок".
"Однако мы не пытаемся заменить биолога", — объяснил доктор Коррада-Браво. — "Напротив, мы стараемся предоставить наилучшие данные и инструменты, чтобы биологи могли использовать своё время для преобразования этих данных в полезную информацию для науки, охраны природы, управления и образования".
Одновременно эта методология обеспечивает верифицируемую постоянную запись. Каждая запись эквивалентна музейному образцу, который можно анализировать с помощью сегодняшних знаний и технологий, но который будет храниться постоянно, чтобы биологи через 20 или 50 лет могли анализировать эти записи с помощью новых технологий и идей.
"Сохранение и управление биоразнообразием в мире — серьёзный вызов для общества, особенно в тропиках. Мы надеемся, что разработанные нами инструменты позволят исследователям, студентам, управленцам и общественности лучше понять, как эти угрозы влияют на виды, чтобы мы могли принимать обоснованные природоохранные и управленческие решения", — заключил доктор Айд.
Все записи доступны в реальном времени через интернет, а данные архивируются для будущих поколений, чтобы анализировать новые тенденции и закономерности.