Czy wieloryby skrywają tajemnicę zdrowia?

Naukowcy wyposażeni w drony i zaawansowane programy wykorzystujące sztuczną inteligencję gromadzą informacje na temat wielorybów, oceanów, a nawet ludzkiego zdrowia.

Tak jak wiele innych gatunków morskich żyjących w światowych oceanach, wieloryby muszą stawić czoła większej liczbie zagrożeń niż kiedykolwiek wcześniej. Zanieczyszczenie wody, hałas, kolizje ze statkami, sieci rybackie, polowania – oraz stres powodowany przez środowisko i utrata pokarmu wynikająca ze zmiany klimatu – wszystko to działa przeciwko tym gigantom oceanicznym.

Badanie zdrowia wielorybów wymagało wcześniej sekcji zwłok ogromnego ssaka lub pościgu za żyjącym zwierzęciem i zbliżenia się na odległość wystarczającą do pobrania próbek DNA, hormonów i innych próbek z tkanek lub odchodów. Było to trudne i wymagające zadanie.

I tu do gry weszły drony Parley SnotBot.

Podczas ostatniej ekspedycji do południowowschodniej Alaski naukowcy użyli dronów wyposażonych w płytki Petriego i sztuczną inteligencję, aby pobierać wydzielinę wielorybów. Wydzielina pochodząca z płuc wieloryba ujawnia kluczowe dane, które mogą pomóc w ochronie tych gigantycznych zwierząt żyjących w głębinach.

Podczas swoich prac badacze uzyskali także wgląd w ludzkie zdrowie, ponieważ podobnie jak wieloryby musimy stawić czoła wielu problemom związanym z ochroną środowiska.

„Gromadzimy dane biologiczne, DNA, hormony ciążowe, hormony stresu i mikrobiomy” – powiedział dr Iain Kerr, dyrektor generalny Ocean Alliance, organizacji zajmującej się gromadzeniem danych (takich jak toksykologia, zachowanie, bioakustyka i genetyka) dotyczących wielorybów i innych gatunków w celu monitorowania zdrowia światowych oceanów.

„Korzystając z tego całkowicie niegroźnego narzędzia badawczego, zbieramy ogromną ilość informacji” – powiedział Kerr.

Parley SnotBot, dron będący owocem współpracy organizacji Ocean Alliance i Parley for the Oceans oraz firmy Intel, zmienia całkowicie sposób terenowego badania wielorybów. Zagregowane dane pochodzące z tego projektu zapewniają bezcenny wycinek obrazu stanu biologicznego. Dron nie tylko robi zdjęcie identyfikacyjne, ale także gromadzi informacje dotyczące lokalizacji wieloryba, jego rozmiarów, kręgu społecznego i relacji rodzinnych.

Latający dron SnotBot
Drony Parley SnotBot zapewniają mniej inwazyjny sposób gromadzenia danych na temat wielorybów. Autor zdjęcia: Christian Miller.

Drony Parley SnotBot były używane do gromadzenia wody z wydzielinami płetwali błękitnych, wielorybów biskajskich, pływaczy szarych i humbaków, a podczas ostatniej wyprawy na południowowschodnią Alaskę – także orek.

 

Nowy sposób zbierania próbek

Badacze rozpoczynają pracę od szukania wielorybów przy użyciu łodzi, która przypomina „lotniskowiec dla dronów” – to określenie ukuł Ted Willke, starszy inżynier i dyrektor laboratorium Mind’s Eye Lab w firmie Intel. Kierował on zespołem, który napisał programy sztucznej inteligencji używane do gromadzenia i analizy danych podczas najnowszej wyprawy na Alaskę.

„Mamy bardzo dobrych kapitanów” – powiedział Willke. „Doskonale znają te zatoki i przesmyki, a także wiedzą, gdzie możemy natknąć się na określone gatunki wielorybów. Pozwala to nam kierować się w odległe rejony”.

Jak mówi Willke, badacze znajdują wieloryby, wypatrując fontanny wody.

„Pojawia się kolumna białej mgiełki, doskonale widoczna na tle wiecznie zielonej roślinności, nieba i ziemi” – powiedział Willke.

Zespół wypuszcza drony z „lotniskowca” w odległości kilku kilometrów. Drony lecą na wysokości około 30 metrów, dzięki czemu wieloryby nie wiedzą, że są obserwowane. Dron nagrywa ciągły materiał filmowy w wysokiej rozdzielczości, a kiedy zbliża się do wieloryba, obniża lot i przechwytuje kondensat wydychanego powietrza na płytkę Petriego przymocowaną z tyłu drona.

Start drona SnotBot z łodzi
Drony startują z łodzi zakotwiczonej w odpowiedniej odległości, aby nie przeszkadzać wielorybom. Autor zdjęcia: Christian Miller.

„Pomyślcie tylko, jakie jest to niesamowite” – powiedział Willke. „Stoisz na krawędzi łodzi, podczas gdy dron zbliża się do lądowania, a wszystkie jego wirniki się obracają. Musisz wyciągnąć rękę w niebo i chwycić drona, stojąc na łodzi poruszanej falami w górę i w dół”.

Jak mówi Willke, istnieje poważne ryzyko obrażeń palców.

 

Analiza w czasie rzeczywistym kształtuje badanie

Zespół analizuje wodę z wydzieliną w późniejszym czasie, ale przegląda nagrania wideo w czasie rzeczywistym.

„Napisaliśmy program, który przechwytuje klatki z nadchodzącego strumienia wideo, oraz inny program, który przechwytuje segmenty wideo i buforuje je natychmiast w celu analizy” – powiedział Willke.

Dron przesyła nagrania wideo w pełnej rozdzielczości z szybkością 60 klatek na sekundę do zdalnego sterownika, który przekazuje je do laptopów MacBook Pro. Obraz jest następnie przetwarzany w dwóch programach analitycznych – jeden z nich identyfikuje wieloryby na podstawie ich ogonów, podczas gdy drugi program wykonuje analizę objętościową, oceniając poziom tłuszczu, obwód i długość wieloryba w celu sprawdzenia, czy jego waga jest prawidłowa. Te cenne dane zapewniają naukowcom informacje, które można natychmiast wykorzystać w badaniach terenowych.

„Jeśli interesujący wieloryb został wcześniej zaobserwowany, może zostać uwzględniony w badaniu przekrojowym, które pozwala przeanalizować historię wieloryba w czasie” – powiedział Willke. „Możemy skupić się na śledzeniu tego konkretnego egzemplarza i zebrać naprawdę dobre próbki”.

 

Rozwiązywanie tajemnic naukowych

„Interesującą cechą wielorybów jest po pierwsze to, że są to ssaki znajdujące się na szczycie łańcucha pokarmowego w oceanie, a po drugie to, że można je znaleźć na całym świecie” – powiedział Kerr. „Oznacza to, że są dobrym barometrem zdrowia oceanów lub sygnałem ostrzegawczym”.

Dron lecący przez fontannę wody wypuszczaną przez wieloryba
Korzystając z przymocowanych płytek Petriego, drony SnotBot przelatują przez fontannę wydzielin wieloryba, aby zgromadzić próbki. Autor zdjęcia: Christian Miller.

Kerr uważa, że zdrowie wielorybów jest powiązane bezpośrednio ze zdrowiem ludzkim, co motywuje ludzi do zainteresowania się tą kwestią. Trzydzieści lat temu największym zagrożeniem dla wielorybów były komercyjne połowy. Obecnie oceanom zagraża powódź chemikaliów i innych zanieczyszczeń, pogorszenie środowiska i utrata pokarmu w wyniku zmiany klimatu, a także rosnący poziom zanieczyszczenia hałasem.

„To, co dzieje się z wielorybami, zagraża również ludzkości” – powiedział Kerr. „Co najmniej 50 procent zagrożeń dla wielorybów stanowi zarazem zagrożenie dla ludzi”.

Kerr uważa, że wcześniejsze metody badania zdrowia wielorybów stresowały te ssaki, co prowadziło do wypaczenia danych. „Mieliśmy ten problem – nazwany efektem obserwatora – powodujący, że gromadzenie danych powodowało zmianę tych danych”.

Kerr twierdzi, że SnotBot całkowicie odmienia sytuację.

„Żyjemy w tsunami danych” – powiedział Kerr, dodając, że sztuczna inteligencja i opracowane przez firmę Intel algorytmy uczenia maszynowego pomagają analizować morze danych, które są dla naukowców niezbędne, ale mogą też ich przytłaczać.

Kerr uważa, że SnotBot pomoże badaczom na całym świecie. Wiele badań naukowych jest przeprowadzanych na ogromnych i drogich statkach, na które nie może pozwolić sobie wiele krajów, jednak drony są relatywnie niedrogie.

„Uważam, że osiągnęliśmy punkt zwrotny w nauce. Zamiast dziesięciu wielkich statków badawczych na całym świecie możemy mieć tysiąc małych dronów, które będą zbierać wszystkie te dane” – powiedział Kerr.

Zespoły pracują nad usprawnieniami drona SnotBot i badają krytyczne czynniki, które mogą pomóc w ochronie zdrowia wielorybów.

„Tu nie chodzi o to, że Dolina Krzemowa buduje atrakcyjne zabawki. Chodzi o to, jak sztuczna inteligencja może nam pomóc w ochronie planety i rozwiązaniu tajemnic naukowych” – powiedział Kerr.

Udostępnij ten artykuł

Read Full Story