Машинное обучение поможет понять, почему птицы едят пластик
Олуши на острове Лорд-Хау в Тихом океане поедают пластик и скармливают его своим птенцам. Однако причины такого поведения птиц изучены крайне мало.
Классифицируя фрагменты пластика, извлечённые из желудков этих птиц, исследователи надеются выявить закономерности, которые могут дать ответ.
Взрослые птицы, вылетая в открытый океан за рыбой и кальмарами, вместо этого часто склёвывают многочисленные пластиковые фрагменты с поверхности воды и приносят их птенцам. Такой рацион может убить птенцов: пластик выделяет в их организм химикаты, вызывает внутренние повреждения и просто мешает есть настоящую пищу.
Одна из сложностей в изучении проблемы — исторически субъективный анализ типов, цветов и форм пластика, который варьируется от исследователя к исследователю. Это ограничивает возможность выявления потенциальных закономерностей.
Доктор Джоби Раззелл Холлис из Музея естественной истории разработал способ стандартизировать оценку пластикового загрязнения. Его новый инструмент на основе машинного обучения автоматически измеряет не только количество фрагментов, но и их форму, цвет и размер.
«Мы знаем, что морские птицы, такие как олуши, а также морские черепахи едят пластик, потому что принимают его за пищу. Один из вопросов, на который нам не удалось адекватно ответить: что именно в пластике делает его таким привлекательным?» — говорит Джоби.
Возможно, птицы целятся в определённые цвета, или дело просто в видимости предмета в океане. Это может указывать на стратегии поиска пищи. Но также это даст понимание, нацелены ли они на пластик определённого вида, что поможет определить приоритеты для его удаления из океана.
Работа будет опубликована в журнале Methods in Ecology and Evolution и уже доступна онлайн.
Почему птицы едят пластик?
Несмотря на растущее признание влияния пластикового загрязнения, нет свидетельств, что проблема идёт на спад. Глобальное производство пластика продолжает расти, как и объём его попадания в океаны. По некоторым оценкам, ежедневно в океан попадает до 20 миллионов новых фрагментов пластика.
Этот пластик не исчезает, а распадается на всё более мелкие части. Микропластик поедает планктон, и он передаётся по пищевой цепи, а более крупные фрагменты часто съедают птицы, черепахи, рыбы и киты.
Однако не всё так просто: количество съеденного пластика не всегда напрямую коррелирует со снижением выживаемости.
«Неясно, что именно масса пластика причиняет наибольший вред, — объясняет Джоби. — Предыдущие исследования не показали статистически значимой связи между количеством съеденного пластика и вредом для птиц. Скорее всего, это также зависит от химического состава или даже размера и формы».
Проблема возникает при попытке измерить эти характеристики. Описание цвета (например, белый, серый или бежевый) очень субъективно. Даже при подсчёте сотен мелких фрагментов люди неизбежно допускают ошибки, а измерение размера и формы каждого фрагмента занимает много времени.
Джоби стандартизировал этот процесс. Разложив фрагменты пластика из желудков птиц и сфотографировав их с цветокоррекционной картой, он использовал машинное обучение и обработку изображений для создания автоматизированной системы подсчёта и категоризации. Это позволило обработать сотни изображений с тысячами фрагментов менее чем за десять минут, причём метод можно воспроизвести в любой точке мира.
«Этот процесс, для которого я сделал код общедоступным, можно применить к любой фотографии, сделанной в относительно схожих условиях. Это должно предоставить другим исследователям способ получать одни и те же виды данных последовательным образом», — говорит Джоби.
Пилотное исследование уже показало, что состав пластика, поедаемого олушами, меняется от года к году. Пока данных недостаточно, чтобы понять причины этих изменений, но в ближайшие годы учёные смогут лучше отслеживать и анализировать их.
«Мы надеемся, что это значительно повысит нашу способность отслеживать свойства этих объектов в будущем, сделает процесс быстрее и надёжнее, чтобы мы могли лучше понимать, что происходит с пластиком в океане».