РБК Тренды приводят перевод статьи What Conservation Sounds Like, опубликованной на сайте издания bioGraphic.
Нейросеть спешит на помощь
Американский биолог Кристи Хэнд на протяжении многих лет изучает жизнь одного из самых редких подвидов птиц — eastern black rail (L. j. jamaicensis, с англ. — восточный черный погоныш). L. j. jamaicensis принадлежит к отряду журавлеобразных и семейству пастушковых. В основном они встречаются в восточной части Северной Америки, Карибского бассейна и Центральной Америки.
В начале исследования эксперт столкнулась с двумя основными проблемами. Первая — у птиц нет какого-то определенного графика, то есть у ученых нет возможности предугадать, где и во сколько можно услышать их пение. Вторая — L. j. jamaicensis часто перемещается из одной среды обитания в другую.
Снижение цен на автономные записывающие устройства (ARU) в 2018 году позволило Хэнд закупить их в нужном количестве и открыло новые возможности. Оставляя сразу несколько ARU в изучаемой местности, Хэнд получала записи всего, что происходило на заданном участке в течение определенного времени. После она прослушивала запись в поисках пения L. j. jamaicensis.
Чтобы облегчить процесс распознавания, команда Хэнд попробовала несколько компьютеризированных систем звукового анализа. Они должны были выделить зов L. j. jamaicensis среди других. Первый распознаватель в испытаниях дал много ложных срабатываний. Исследователям пришлось дважды проверять результаты вручную, прослушивая записи.
Хэнд начала искать более эффективный звуковой идентификатор. В конце 2020 года она узнала о приложении для распознавания звуков под названием BirdNET. Стартап создал программист Стефан Каль из Корнеллской лаборатории орнитологии. Исследовательский проект использует искусственный интеллект и нейронные сети для обучения компьютеров идентификации более 3 тыс. звуков наиболее распространенных видов птиц во всем мире.
Чтобы воспользоваться приложением для своих целей, Кристи Хэнд представила разработчикам существующие записи L. j. jamaicensis. Создатели идентификатора обучили нейросеть распознавать их. Раз в месяц данные с пассивных акустических мониторов, расположенных на территориях обитания L. j. jamaicensis, отправляются в BirdNET для изучения. Приложение помогает ученым получить более подробную информацию об этом подвиде птиц: от процесса размножения до продолжительности жизни.
BirdNET доступен как ученым, так и любителям, есть мобильная версия приложения. Скачав звуковой идентификатор, пользователи могут записать файл с помощью микрофона на устройстве. После анализа BirdNET предоставит список птиц, которые издают попавший в запись звук.
Когда ученые начали записывать звуки
Сама идея записи звуков птиц на устройства не нова, первые подобные появились в Англии в 1900 году. Тогда английский фотограф и писатель-натуралист Черри Киртон записал песни соловья и дрозда. В середине XX века появилась новая научная дисциплина под названием «биоакустика». Ее возникновение связывают с работой исследователя из Гарвардского колледжа и Океанографического института Вудс-Хоула Уильяма Шевилла. Он впервые услышал пение китов, находясь на морском корабле, а во время Второй мировой войны Военно-морской флот США начал их записывать.
За последние десять лет появление современных записывающих устройств вывело биоакустику на новый уровень. Главное преимущество такого оборудования — скорость сбора и обработки информации. Сейчас рекордеры используют для решения множества задач. Например:
- Помогают кораблям перемещаться по водному пространству, обходя китов.
- Позволяют следить за тем, как коралловые личинки ищут риф по звуковым колебаниям.
- Помогают охранять земли от незаконных вырубок и охоты.
Биоакустика в борьбе с изменением климата
Биоакустика вносит свой неоценимый вклад и в борьбе с изменением климата. Чтобы отслеживать и управлять последствиями глобального потепления, ученые уделяют внимание не только мониторингу качества воды и правильной работы экосистемы, но и присутствию птиц в изучаемых лесных массивах. Работа в этом направлении ведется орнитологами во всем мире. Ученым Института географии РАН, к примеру, удалось выяснить, что белолобые гуси сильно расширили ареал гнездования. Теплолюбивые виды стали возвращаться из мест зимовок раньше обычного — так арктические птицы адаптируются к изменениям климата.
Успехов в изучении поведения птиц добились ученые из Центра природоохранной биоакустики имени К. Лизы Ян в Корнеллской лаборатории орнитологии. В 2021 году центр получил финансирование в размере $24 млн от филантропа Лизы Ян. Сейчас там ведется работа по нескольким направлениям. Например, в Национальном историческом парке «Марш-Биллингс-Рокфеллер» штата Вермонт обитает более 125 видов птиц. В течение многих лет подсчетами этих популяций каждую весну занимались волонтеры, однако гарантировать точность предоставляемых данных никто не мог: качество полученной информации зависело от опыта добровольцев, которые занимались сбором данных.
Появление автономных записывающих устройств изменило ситуацию. В течение нескольких недель весной оборудование включается с 5 до 10 утра и с 7 до половины 9 вечера, чтобы записать пение птиц. Слушая повседневную деятельность птиц в нескольких местах, сотрудники узнают, как различные виды реагируют на вырубку лесов или адаптируются к меняющемуся ландшафту. В настоящее время эксперты следят за 80 видами птиц, а также за волками в национальном Йосемитском парке. Этот проект позволит ученым отслеживать реакции различных популяций животных на последствия температурных и погодных колебаний.
Благодаря работе ученых этого центра удалось внести ясность и в другие вопросы. Исследователи много лет пытались понять, действительно ли полосатые совы представляют угрозу для пятнистой неясыти, которая населяет хвойные леса от Британской Колумбии до Северной Калифорнии. К концу XX века площадь подходящих для этого подвида местообитаний уменьшилась из-за неконтролируемых вырубок, а с 1990 года пятнистые неясыти находятся под защитой государства. Привычным местом обитания полосатых сов считался восток Северной Америки. Однако со временем они переселились на запад и начали отвоевывать территорию у неясытей. Эксперименты по изучению двух популяций прошли в горном массиве на юге Пиренейского полуострова — Сьерра-Неваде. Выяснилось, что популяция пятнистой неясыти в Калифорнии неуклонно сокращалась. Чтобы изменить ситуацию, Лесная служба и частные лесозаготовительные организации США занялись вывозом полосатых сов с новых мест обитания. Однако окончательная точка в этой истории еще не поставлена. Полосатые совы могут возвращаться в районы, откуда их вывезли, и в долгосрочной перспективе скорее всего потребуются новые меры для охраны неясытей.
Помимо исследовательской работы центр занимается и просветительской работой. Сотрудники Корнеллской лаборатории орнитологии делится своим опытом с другими организациями в Азии, Центральной Америке и Африке. Например, в тропическом лесу Центральной Африки живут лесные слоны, находящиеся под угрозой исчезновения из-за деятельности браконьеров. В рамках проекта The Elephant Listening Project исследователи отслеживают звуки крупных наземных животных. Результатом исследования стало создание карт, показывающих, где слоны находятся в лесу, и как браконьеры их находят.