Цифровая революция открывает новое направление исследований структурного разнообразия экосистем
Специальный выпуск журнала Frontiers in Ecology and the Environment закладывает основу для развития структурного разнообразия как нового направления в экологии. Выпуск также описывает цифровые методы сбора данных, которые делают это возможным, и применение этих подходов в различных экосистемах.
"Структурное разнообразие — это понимание того, какие элементы занимают пространство и как они в нём расположены", — пояснил главный редактор спецвыпуска Сонглин Фей, профессор лесного хозяйства и природных ресурсов Университета Пердью. Цель — создать универсальную основу, применимую в любой системе: от наземных до водных экосистем.
Как отметили Фей и три его соредактора, материалы выпуска "предлагают новую концепцию структурного разнообразия, новые приложения для экологической теории и примеры из практики".
Новые технологии как двигатель науки
Шесть из семи ведущих авторов спецвыпуска — учёные на раннем этапе карьеры, которые разрабатывают приложения для 3D-технологий, способных привести к новым экологическим теориям. Эти технологии включают лидар (лазерное сканирование) и датчики данных, установленные на дронах и спутниках.
"В прошлом мы измеряли Землю как плоскую сущность, отчасти потому, что у нас не было хороших технологий для измерения её 3D-аспектов", — отметила соредактор Элизабет ЛяРю. Эти аспекты включают перепады высот и мелкомасштабные особенности, такие как структура ветвления деревьев, которые раньше приходилось измерять вручную.
"Технологии быстро развиваются. Нам нужно наверстать упущенное в науке и теории, которые становятся возможными благодаря этим 3D-технологиям", — добавила она.
От биоразнообразия к структурному разнообразию
Традиционно учёные измеряли биоразнообразие, подсчитывая виды и оценивая их генетическое разнообразие. Новые 3D-технологии позволяют быстро определять ярусное расположение видов в среде, их размер и количество.
"Чем больше экологического пространства занято разными видами, тем стабильнее может быть система", — пояснил соредактор Брэйди Хардиман.
Эти возможности полезны как исследователям, так и управляющим земельными ресурсами, которые теперь могут собирать данные быстрее, дешевле и качественнее для принятия решений.
Вызовы для новой экологии
Авторы спецвыпуска выделили четыре ключевые задачи для реализации потенциала цифровых технологий в экологии:
- Расширение междисциплинарного сотрудничества с экспертами в области авиационных технологий, инженерии, компьютерных наук, графического дизайна, информатики и социальных наук.
- Применение суперкомпьютеров, облачных вычислений, машинного обучения и ИИ для обработки массивных 3D-наборов данных, которые теперь генерируются.
- Разработка новых подходов для оценки сотен переменных в структуре экосистем, представленных в 3D-данных, включая методы, управляемые данными.
- Обучение нового поколения экологов цифровым технологиям, сделав навыки работы с большими данными (сбор, визуализация, анализ, управление) неотъемлемой частью их подготовки.
Спецвыпуск отмечает, что, несмотря на уже начатую работу в лесном хозяйстве, предстоит ещё многое сделать в таких типах экосистем, как водно-болотные угодья, луга и морские экосистемы.