Искусственный интеллект улучшает понимание внутренних часов, карты и компаса перелётных птиц

Разные виды перелётных птиц имеют различные генетически запрограммированные процедуры, которые сигнализируют, когда пора отправляться в путь и когда возвращаться. Это может быть связано с такими факторами, как световой день, температура, погода и магнитное поле Земли. Эти программы миграции изучались и раньше, но новые технологии и вычислительные мощности позволяют обрабатывать большие объёмы данных и даже моделировать различные факторы, чтобы исследователи могли изучать, как их распорядок нарушается изменениями климата и деятельностью человека.

Часы, карты и компасы птиц — профессор зооэкологии Сюзанна Окессон и её исследовательская группа изучают несколько различных механизмов. Как птицы узнают, когда пора лететь? Как они знают, куда направляются, и что может повлиять на эту передачу информации? Что запускает их врождённое знание о направлении, навигации, времени и месте?

«Мы используем несколько различных методик для изучения диких птиц в полевых условиях, но также и в клетках. В лаборатории мы можем моделировать такие нарушения, как магнитные бури или другие формы визуальной информации, и наблюдать, как это влияет на птиц».

Солнечный, небесный и магнитный компас

Способ миграции птиц — это генетически запрограммированное поведение, специфичное для каждого вида и его особей.

«Мы давно знаем, что они реагируют на земной магнетизм, но как они это регулируют и как понимают, что прибыли в нужное место, до сих пор не ясно», — объясняет Сюзанна Окессон.

Однако о некоторых видах известно больше. Чёрный стриж, гнездящийся в Швеции, летит девять или десять месяцев подряд. Они питаются насекомыми, которых ловят на лету, и так справляются с потреблением энергии во время полёта. Другой пример — козодои, у которых в течение года наблюдается циклическая модель поведения, в которой спаривание, миграция и накопление жировых запасов полностью регулируются фазами луны. Многое из этого было изучено с помощью микродатчиков, прикреплённых к птицам.

Помимо микродатчиков — небольших цифровых устройств — данные также собираются в специально построенных лабораториях, где разные мелкие птицы содержатся в клетках короткое время и снимаются на видео. Большие соленоиды позволяют исследователям контролировать и моделировать изменения магнитного поля Земли вокруг клеток.

Обработка больших объёмов данных

Специальная система взвешивания позволяет оценивать вес птиц каждый день, чтобы отслеживать, как они накапливают жир и готовятся к миграции. Благодаря камерам исследователи могут детально следить за тем, как птицы двигаются, в какое время и в каком направлении. Большинство видов ведут ночной образ жизни и мигрируют в сумерках.

«Мелкие птицы обрабатывают много сложной информации. Очень интересно иметь возможность сравнивать виды, используя такое количество детальных данных. Это помогает нам точнее понять, что делают птицы, как они собирают информацию и как на неё реагируют», — объясняет Сюзанна Окессон.

В лаборатории также находится специально сконструированный цилиндр, разработанный на месте, который даёт птицам возможность есть, спать и передвигаться. Сюзанна Окессон в восторге от нового проекта с исследователями из eSSENCE, стратегической исследовательской области Лундского университета в области электронных наук, который может принести ещё большее понимание. Исследователи хотят дальше развивать технологию, чтобы иметь возможность моделировать другие ситуации, например, угрозы со стороны хищных птиц и миграцию в группах.

Уязвимость птиц во время миграции

Некоторые виды более уязвимы, чем другие. В то время как одни перемещаются большими стаями, другие — поодиночке, и пока неизвестно, что влияет на их решения. Они также могут сильно зависеть от миграции с родителем, и обычно именно отец передаёт знания о маршрутах миграции и подготовке.

Один из видов, который изучали Сюзанна и другие, — чеграва, крупнейший в мире вид крачек. Она встречается по всему миру, но европейская популяция гнездится в Швеции, Финляндии и, в некоторой степени, в Эстонии. Исследовательская группа наблюдала за семейными группами и смогла показать, насколько они зависят от изучения своего миграционного маршрута во время первого полёта, а затем повторяют его на протяжении всей жизни.

«Они мигрируют на большие расстояния — вплоть до Сахеля и могут пересекать Сахару на высоте в несколько тысяч метров. Молодые птицы, которые отделяются от родителей, все становятся добычей хищных птиц», — продолжает Сюзанна Окессон. — «Мы хотим больше понять о том, где возникают риски и что их запускает».

Такой культурный перенос знаний интересен исследователям и также важен для общества. Знание различных программ миграции и того, как, например, морские ветряные электростанции влияют на разные виды, может информировать решения о том, где их целесообразно строить.

Совместные данные дают многократную отдачу в приросте знаний

Сюзанна Окессон также участвует в проекте в Таввавуоме в самой северной части шведской Лапландии, где виды находятся под угрозой и ситуация может быть острой. Исследователи в первую очередь изучают, где гнездятся кулики, размножающиеся в этой уникальной области крайнего севера. Изучение их программ миграции и мест остановок важно для того, чтобы иметь возможность защищать уязвимые районы и не допускать изменения их поведения или сокращения мест обитания.

За годы было собрано множество точек данных, и общие данные формируют основу для новых работ молодых исследователей, что ещё больше углубляет их знания. Существуют крупные международные базы данных, в которых многие исследовательские группы хранят данные отслеживания как птиц, так и наземных животных. Один из таких примеров — сотрудничество со Всемирным фондом дикой природы и BirdLife Sverige в проекте Arctic Flyways.

«Нам необходимо способствовать снижению конфликтов между людьми, птицами и другими животными на планете. Мы делим среду обитания и экосистемы с другими видами, и существует так много неизвестных, ценных знаний, которые мы теряем, если не защищаем их».

Вот почему такая хорошая новость, что новые средства позволят Сюзанне Окессон расширить свои исследования и привлечь технических специалистов из LTH для дополнения группы в ближайшие годы. Используя новые алгоритмы и машинное обучение, они надеются приблизиться к ответу на вопрос о том, как птицы синхронизируют процессы в своих телах с магнитным полем Земли и продолжительностью дня, как они калибруют свои различные компасы во время миграции и как программа миграции варьируется между видами.