De secole, botaniștii au colectat plante, le-au presat, le-au uscat și le-au păstrat în herbarii. Aceste specimene au fost inițial create ca înregistrări fizice ale speciilor, dar digitalizarea le oferă un nou rol științific.

Mai mult de 145 de milioane de specimene de plante și ciuperci din peste 170 de instituții din 40 de țări au fost acum digitalizate.

Odată fotografiate și introduse în baze de date căutabile, aceste colecții istorice pot fi analizate la o scară care ar fi fost imposibilă pentru cercetătorii individuali. Inteligența artificială ajută la transformarea acestor arhive în dovezi despre modul în care natura s-a schimbat de-a lungul timpului.

Opt milioane de specimene analizate

Cercetătorii au antrenat un sistem de învățare automată să recunoască dacă plantele înfloreau în imaginile digitalizate din herbarii. Modelul a fost apoi aplicat la aproximativ opt milioane de specimene conservate, reprezentând aproximativ 200.000 de specii din diferite părți ale lumii. Scala experimentului este impresionantă. Conform cercetătorului în învățare automată, David Williamson, analiza automată a durat aproximativ o săptămână.

Efectuarea aceleiași lucrări manual ar fi putut necesita aproximativ 40.000 de ore - echivalentul a aproximativ 20 de ani de muncă cu normă întreagă. Acest lucru nu înseamnă că inteligența artificială înlocuiește botaniștii. În schimb, permite cercetătorilor să proceseze colecții enorme rapid, lăsând experților mai mult timp să investigheze modele, să verifice rezultatele neobișnuite și să adreseze întrebări care în trecut erau prea dificile de studiat.

Adevărata avantaj al inteligenței artificiale este viteza: poate dezvălui modele ascunse în milioane de specimene, în timp ce specialiștii rămân responsabili de interpretare.

Timpurile de înflorire se schimbă

Unul dintre cele mai clare descoperiri a vizat înflorirea. Pe parcursul ultimului secol, timpurile globale de înflorire s-au schimbat cu o medie de aproximativ 2,5 zile pe deceniu. Direcția schimbării nu a fost identică pretutindeni. Unele specii înfloreau mai devreme, în timp ce altele s-au schimbat mai târziu. Ceea ce i-a surprins cel mai mult pe cercetători a fost unde au apărut cele mai puternice schimbări.

Deoarece unele dintre cele mai rapide creșteri de temperatură asociate cu schimbarea climatică au loc la latitudini nordice înalte, oamenii de știință s-ar fi așteptat la cele mai dramatice schimbări acolo. În schimb, unele dintre cele mai mari schimbări s-au găsit în regiunile tropicale.

Ecologul vegetal James Speed a explicat că înflorirea tropicală este adesea strâns legată de precipitații și nu doar de temperatură. Dacă condițiile climatice schimbă momentul sau fiabilitatea sezoanelor ploioase, plantele pot răspunde înflorescând în momente diferite.

De ce contează momentul

Câteva zile nu par dramatice, dar înflorirea face parte dintr-un calendar ecologic mult mai mare. Plantele, insectele, păsările și alte animale depind adesea de evenimente care se petrec la momentul potrivit. Dacă o plantă înflorește mai devreme, dar principalul său insectă de polenizare nu și-a ajustat ciclul de viață în mod similar, cele două specii ar putea să nu mai fie sincronizate.

Acest dezacord poate reduce polenizarea reușită. Efectele se pot extinde ulterior prin ecosisteme. Mai puține insecte polenizatoare pot influența păsările care le mănâncă, în timp ce schimbările în polenizare pot afecta și producția agricolă și reproducerea plantelor sălbatice. Schimbarea climatică nu trebuie să elimine imediat o specie pentru a perturba un ecosistem. Schimbând pur și simplu momentul evenimentelor biologice poate crea consecințe în întregul lanț trofic.

Colecțiile vechi capătă o nouă valoare

Specimenele herbarium sunt deosebit de utile deoarece multe dintre ele au fost colectate acum decenii sau chiar secole. Fiecare specimen poate păstra informații despre locul în care a crescut o plantă, momentul în care a fost colectată și în ce stadiu de dezvoltare se afla. Atunci când milioane de aceste înregistrări sunt combinate, cercetătorii pot compara modelele istorice cu cele moderne.

Acest lucru transformă colecțiile muzeelor în ceva asemănător unui mașină a timpului globală pentru mediu. Specimenele care anterior au servit mai ales drept referințe taxonomice pot acum ajuta la răspunsul la întrebări despre schimbările climatice, distribuția speciilor, modelele de înflorire, pierderea biodiversității și chiar riscul de extincție.

Inteligența artificială ar putea ajuta la găsirea speciilor necunoscute

Aceeași tehnologie poate ajuta, de asemenea, oamenii de știință să se confrunte cu o altă provocare enormă: o mare parte din biodiversitatea planetei nu a fost încă documentată formal. Se crede, de exemplu, că peste 90% dintre speciile de ciuperci rămân neînregistrate. În același timp, speciile dispar suficient de rapid încât unele ar putea dispărea înainte de a fi complet descrise.

Instrumentele de învățare automată pot ajuta căutând în colecțiile digitalizate specimene neobișnuite și marcându-le pentru revizuirea experților. Modelele statistice pot, de asemenea, estima dacă o specie care nu a mai fost văzută de mult timp ar putea fi dispărută sau pur și simplu neglijată. Aceste informații ar putea ajuta oamenii de știință să decidă unde sunt necesare urgențe mai mari pentru studii de teren.

De ce oamenii încă contează

Inteligența artificială poate recunoaște rapid modele, dar nu poate decide independent dacă aceste modele au un înțeles biologic. Taxonomistul Martin Cheek a argumentat că identificarea automată ar putea economisi experților timp considerabil, în special atunci când se ocupă cu specii comune. Specialiștii ar putea apoi să se concentreze mai mult pe organisme slab cunoscute și speciile amenințate. Verificarea de către experți ar fi totuși esențială.

Williamson face o remarcă similară: sistemele de învățare automată acționează numai la fel de bine ca informațiile utilizate pentru antrenarea lor. Cercetătorii sunt încă necesari pentru a formula întrebări, a selecta datele potrivite, a testa modelele, a verifica erorile și a interpreta rezultatele. Inteligența artificială poate accelera munca științifică, dar nu poate înlocui cunoștințele ecologice și taxonomice necesare pentru a înțelege cu adevărat ceea ce înseamnă rezultatele.

Decalajul de digitalizare

Există o altă limitare majoră. În ciuda creșterii rapide a colecțiilor digitale, mai puțin de 16% din specimenele de herbariu ale lumii sunt accesibile în prezent în formă digitală. Unele dintre cele mai mari lacune se găsesc în țările cu biodiversitate excepțional de bogată. Colecțiile de acolo ar putea fi subdimensionate, slab documentate sau neconectate la baze de date internaționale.

Acest lucru creează un dezechilibru serios. Inteligența artificială poate analiza numai materialul care a fost digitalizat, ceea ce înseamnă că regiuni și specii importante pot rămâne invizibile.

Un nou arhivă științifică

Combinarea specimenele istorice și a învățării automate moderne schimbă ceea ce pot face colecțiile muzeelor. O plantă uscată colectată acum generații ar putea să ajute acum oamenii de știință să urmărească sezoanele ploioase în schimbare, datele de înflorire sau speciile care dispar. Tehnologia este puternică nu pentru că înlocuiește secole de muncă botanică, ci pentru că o deblochează.

Opt milioane de specimene au arătat deja că colecțiile de istorie naturală conțin mult mai multe informații decât cercetătorii ar fi putut extrage odată - și pe măsură ce digitalizarea se extinde, aceste arhive pot deveni unul dintre cele mai valoroase instrumente pentru înțelegerea modului în care schimbările climatice reconfigurează viața pe Pământ.