Ученые недостаточно используют ключевой ресурс, который мы можем использовать, чтобы помочь нам понять Землю: животных. У наших собратьев-землян совсем другие и обычно гораздо более прямые отношения с Землей. Они перемещаются по планете способами и в такие места, которых не делаем мы.
О чем могут нам рассказать их движения?
У человечества есть флот спутников на орбите Земли, которые рассказывают нам самые разные вещи о планете. Спутники отслеживают температуру, CO2 выбросы, осадки, лесные пожары, засуха, извержения вулканов и т. д. Мы знаем о Земле больше, чем когда-либо, и во многом благодаря спутникам.
Изменение климата сейчас является нашей самой большой проблемой, и новые исследования показывают, что датчики, прикрепленные к животным, могут поднять наши данные об изменении климата на новый, более детальный уровень.
Перспектива исследования называется «Датчики, переносимые животными, как биологически информированный объектив об изменении климата», опубликованная в журнале Nature Climate Change. Ведущий автор — Диего Эллис-Сото, аспирант Йельского университета и научный сотрудник НАСА FINESST (Будущие исследователи в науке и технологиях Земли и космоса НАСА).
Первый трекер для животных, вероятно, представлял собой просто кусок цветной веревки. В 1803 году американский натуралист Джон Одобон захотел узнать, мигрируют ли птицы и возвращаются ли они ежегодно в одно и то же место. Поэтому он привязал веревку к ноге птицы, прежде чем она улетела на юг зимовать. Следующей весной он заметил птицу и понял, что она вернулась на то же место.
Инструменты, находящиеся в распоряжении учёных сейчас, намного мощнее, чем верёвка Одобона. Эллис-Сото изучает перемещения животных и то, что они могут рассказать нам о быстрых изменениях окружающей среды. Он использует дистанционное зондирование, GPS-слежение и гражданскую науку, чтобы попытаться спрогнозировать изменения окружающей среды в мелких пространственно-временных масштабах.
Этот тип исследований уходит корнями в такие вещи, как «Большой подсчет птиц на заднем дворе», когда гражданские ученые проводят четыре дня каждый февраль, записывая, каких птиц они видят. Участники тратят всего несколько минут каждый день, записывая то, что они видят, и загружают это на веб-сайт. Результатом является массивный сбор данных, недостижимый никаким другим методом.
«Подсчет птиц» — более пассивный пример исследований перемещения животных, который отстаивают авторы. Они применяют более активные методы изучения передвижения животных и сбора данных, чтобы обойти некоторые препятствия, с которыми сталкиваются ученые при изучении климата.
«Традиционные климатические измерения часто ограничены географически статичными, грубыми, разреженными и предвзятыми выборками и лишь косвенно связаны с экологическими реакциями», — пишут Эллис-Сото и его соавторы в своем исследовании. «Здесь мы обсуждаем, как датчики, установленные на животных, могут предоставлять пространственно мелкозернистые, биологически точно настроенные, релевантные выборки климатических условий в поддержку экологического и климатического прогнозирования».
Несмотря на то, что у нас есть парк мощных спутников и огромное количество наземных сборщиков данных, у каждого из них есть какой-то недостаток. Наземные станции могут собирать данные только из одного места. У спутников есть свои ограничения. Они могут собирать данные с высоким пространственным разрешением, на нескольких длинах волн или с высокой временной частотой. Но они не делают все это сразу. Им также мешает облачный покров и, в некоторых случаях, ночная тьма. В результате получаются данные, которые, хотя и мощные, содержат пробелы.
По словам Эллис-Сото, датчики для животных могут устранить эти пробелы. «Животные являются неотъемлемым компонентом наблюдения Земли», — сказал он.
Датчики, переносимые на животных (ABS), не новы. Их использовали на протяжении десятилетий для отслеживания различных животных, в том числе хищников, таких как львы, океанских животных, таких как косатки, перелетных птиц и даже насекомых. Эти трекеры отслеживают и сообщают о перемещениях животных в местах, которые не могут отслеживать спутники и к которым люди не могут легко получить доступ. Но Эллис-Сото говорит, что мы можем использовать трекеры для сбора других данных, например температуры.
В Национальном парке Крюгера в Южной Африке ученые использовали датчики температуры и движения слонов, чтобы следить за животными, перемещающимися по парку, в течение одного года. Они объединили его со спутниковыми данными о температуре. Две карты, полученные в результате этой работы, показывают, как датчики слонов заполнили пробелы в спутниковых данных и создали гораздо более полную картину.
Эллис-Сото рассматривает проблему с точки зрения предвзятости. Каждый спутник имеет смещение выборки. Смещение выборки неизбежно при проектировании спутников и их инструментов. Но у животных тоже есть предвзятость выборки, и ученые могут использовать эту предвзятость в своих целях.
«Эти животные являются чрезвычайно предвзятыми сенсорами, и эта предвзятость называется экологией и поведением животных», — сказал Эллис-Сото.
Слоны в Национальном парке Крюгера — лишь один из примеров. Использование АБС широко распространено.
Эллис-Сото и его коллеги видят множество возможностей расширить этот вид мониторинга и объединить его с другими данными, включая спутниковые. «Технологические достижения в области ABS предлагают постоянно растущее количество и качество вспомогательных бортовых датчиков, которые собирают климатические переменные», — пишут они. Технологические достижения в области АБС в сочетании с перемещением животных являются мощными инструментами, которые могут сыграть более важную роль. «Животные могут получать доступ к отдаленным районам и контролировать их, а также обнаруживать редкие явления и трудноизмеримые условия окружающей среды, потенциально важные для прогнозов изменения климата».
Авторы освещают проблему таяния снегов. Во всем мире таяние снегов является важным индикатором предстоящего вегетационного периода. Таяние снегов обеспечивает поливную воду миллионам фермеров по всему миру. Например, в Индии и Пакистане 130 миллионов фермеров используют талую воду для орошения своих посевов.
«Во многих регионах земного шара таяние снегов является важнейшим компонентом естественного гидрологического цикла», — пишут они. «Биологическая система предупреждения о более раннем таянии снегов в условиях изменения климата с помощью АБС может улучшить оценки вклада в горную гидрологию, важнейшую область улучшения прогнозов изменения климата и стока воды для производства продуктов питания».
В Арктике исследователи использовали ABS для отслеживания перемещений трех типов птиц: полярных сов, шершавых канюков и сапсанов. Данные ABS показали, как эти животные следят за таянием снега во время миграционных путешествий. Данные были более детальными, чем могли предоставить спутники. «Пространственно-мелкомасштабный захват участков таяния снега, населенных животными, в противном случае трудно достичь, но он очень полезен для понимания фенологии и распределения арктических видов в меняющихся климатических условиях», — пишут авторы.
Существует множество примеров использования ДГРСИВ для сбора недостижимых или труднодоступных экологических данных. Но есть еще много возможностей, которые ждут своей реализации.
«Мы видим реальную возможность для экологического и метеорологического сообщества использовать ABS для значительно расширенного, репрезентативного и биологически интерпретируемого измерения метеорологических данных.
и климатические условия в нынешнем и будущем климате», — пишут авторы.
Наши земляне подобны армии ничего не подозревающих гражданских ученых. Пока АБС не препятствуют им и не вредят им, они могут внести значительный вклад в благополучие Земли, даже не подозревая об этом.
«Тысячи животных, которые сегодня плавают, бегают и летают по всему земному шару с электронными метками, являются ловкими наблюдателями за Землей, способными обеспечить преобразующий сбор данных в поддержку исследований глобальных изменений, метеорологии, прогнозирования климата и экологии», — заключают авторы.
