Все большую популярность в мире набирают международные платформы по сбору биологических данных, например, eBird или iNaturalist. Стать участником такого сообщества может каждый: необходима лишь привычная интернет-пользователю регистрация. На платформах можно делиться наблюдениями за живой природой, общаться с единомышленниками и узнавать новое. Глобальная идея таких ресурсов — это накопление современных данных о биоразнообразии, на основе которых ученые могут проводить свои исследования.
Здесь водятся драконы
Первое важное направление исследований — это изучение и уточнение ареалов отдельных видов. Ареалом называют область, в которой распространяется вид на земной поверхности. Хотя, на первый взгляд, мы уже многое знаем о том, где живет тот или иной организм, потребность в подтвержденных и, что важно, актуальных данных очень велика. Поэтому по такой тематике публикуется много работ. Например, Amaël Borzée с соавторами изучали распространение четырех видов углозубов в Корее, сочетая методы генетических исследований с возможностями «гражданской науки» (Borzee et al., 2019).
Наблюдения портала iNaturalist были использованы для описания новых находок траурного геккона (Lepidodactylus lugubris) из Тайланда (Lapwong, Juthong, 2018). Интересно исследование, где на базе данных iNaturalist изучали вероятности укуса людей змеями по всему земному шару. Были разработаны карты, которые позволяют визуализировать:
а) вероятности встречи со змеями нескольких видов
б) число видов змей, после укусов которых нет эффективного лечения
в) среднее время до получения медицинской помощи в случае укуса змеи. Наиболее опасные по этим трем параметрам регионы — это юг Южной Америки, Экваториальная Африка, Юго-Восточная Азия (Longbottom et al. 2018).
Карты отражают число «медицински значимых» видов ядовитых змей. Верхняя — общее число видов (от 1 до 13), нижняя — только тех видов, для яда которых, по данным ВОЗ, отсутствует эффективная терапия (от 1 до 7).
Птицы и стекла
Вторая динамично развивающаяся область включает исследования взаимодействий человека и природы в рамках урбанизированных территорий. Примером таких проектов может быть «Bird Window Collisions» («Столкновение птиц с окнами»), который был открыт в 2014 году и к 2018 включал 1700 наблюдений для более чем 147 видов птиц. Проблема столкновения птиц с окнами зданий частая, особенно это касается зданий с зеркальными окнами и тех, рядом с которыми расположены привлекательные для птиц деревья с плодами. Они повышают вероятность столкновений птиц с окнами (Brown et al., 2019; Brown et al., 2020).
Кроме таких «узконаправленных» исследований, именно с помощью «гражданской науки» широко разрабатывается вопрос влияния урбанизации на биоразнообразие в целом, и разные группы живого, в частности. Так, например, C.Ross и S. Henkanaththegedara (2019) определили, что среди разных видов птиц на урбанизированных территориях США (штат Вирджиния) преобладают зерноядные виды, а на загородных — насекомоядные. Исследование видового состава разнокрылых стрекоз в Германии выявило, что в пределах урбанизированных территорий состав сообществ стрекоз сохраняется лучше, чем в агроландшафтах (Goertzen, Suhling, 2018).
Орхидеи есть? А если найду?
Третье направление развития — мониторинг расселения и выявления инвазивных видов (Hiller, Haelewaterts, 2019; Larson et al., 2020; Oficialdegui et al., 2020; Werenkraut et al., 2020). Именно таким образом установлены случаи заносов азиатских божьих коровок (Harmonia axyridis) в Центральную Америку. Это широко распространенный в мире инвазивный вид из Восточной Азии, который ранее не был отмечен на территории.
Другая категория живых организмов, которая требует пристального внимания, — это редкие виды. Для популяций эндемичного редкого вида растений Heuchera alba ученые смогли уточнить местонахождения и открыть новые благодаря наблюдениям на портале iNaturalist. Сочетание классических методов с данными из социальных сетей позволило обнаружить 7 популяций вида в Пенсильвании (США) (Schuette et al., 2018). Несколько наблюдений с портала позволили уточнить фенологию редкого вида орхидей Platanthera praeclara на территории США (Lori et al., 2018).
Четвертое направление исследований — чисто экологическое. В них более полно изучают отдельные виды по фотографиям. На примере рода Yucca изучается фенология цветения с помощью данных фотографов-любителей (Barve et al., 2020). В другом исследовании на iNaturalist изучили фотографии выбранных видов рыб, чтобы определить, заражены ли они постодиплостомозом, черно-пятнистой болезнью рыб. Наблюдения с портала стали не только источниками данных по распространению видов, по ним также оценивали отсутствие или наличие заражений у рыбы (Happel, 2019).
На пути к IT
Пятый вариант использования таких данных в меньшей степени «биологичен». Речь идет об обучении нейросетей, связанных с распознаванием объектов на изображениях и отнесению их к разным категориям (Al-Qurran et al., 2018, Zheng et al., 2019). Для распознавания мелких отличительных признаков на фотографиях (например, рисунка пестрин на крыльях птицы) предлагается подход TASN: Trilinear Attention Sampling Network (трилинейная сеть выбора объекта внимания). Она выделяет участки фото, которые должны быть рассмотрены более внимательно, на высоком разрешении.
Подход опробован на данных портала за 2017 год и показана его применимость к большим наборам данных (Zheng et al., 2019). Мелкие признаки могут быть распознаны только при достаточном разрешении изображений, поэтому возникает проблема обработки изображений с высоким разрешением из-за увеличения затрат вычислительных мощностей. На наборе данных iNaturalist за 2017 предложена схема тренировки нейросети для крупномасштабного разделения на категории на основе «сверточных» нейронных сетей (Al-Qurran et al., 2018, Cui et al., 2018; Sulc, Matas, 2019, Juan et al., 2020).
Перечисленные направления — лишь основные векторы работы исследователей с данными «гражданской науки». Наблюдения «любителей» могут стать важной основой научной работы, поэтому дальнейшее пополнение подобных баз данных представляется очень перспективным для биологии.
Источники
- Al-Qurran et al., 2018
- Barve et al., 2020
- Borzee et al., 2019
- Brown et al., 2019
- Brown et al., 2020
- Cui et al., 2018
- Goertzen, Suhling, 2018
- Happel, 2019
- Hiller, Haelewaterts, 2019
- Juan et al., 2020
- Lapwong, Juthong, 2018
- Larson et al., 2020
- Longbottom et al. 2018
- Lori et al., 2018
- Oficialdegui et al., 2020
- Ross, Henkanaththegedara, 2019
- Schuette et al., 2018
- Sulc, Matas, 2019
- Werenkraut et al., 2020
- Zheng et al., 2019
