Głębokie oceany, niedostępna puszcza, wysokie góry ‒ w tych miejscach niełatwo prowadzić badania, ale może tam dotrzeć aparatura rejestrująca dźwięki. Co naukowcy z nich odczytują? Na to pytanie Katarzynie Rodackiej odpowiadają dr Ben Gottesman i Ashakur Rahaman, specjaliści od bioakustyki z Centrum Bioakustyki Konserwatorskiej im. K. Lisy Yang w Cornell.
Katarzyna Rodacka: Po co podsłuchujecie przyrodę?
Ashakur Rahaman: Jej odgłosy pozwalają nam pozyskać dane na temat gatunków aktywnych akustycznie. Te informacje są cenne zarówno dla nauki, jak i ochrony przyrody. Dzięki nim możemy badać organizmy, które niełatwo jest zaobserwować. Aparatura bioakustyczna sięga do niedostępnych miejsc, takich jak głęboka woda czy najgęstszy las w środku nocy. Bioakustyka jest dla nas oknem, przez które możemy zajrzeć do mało zbadanego świata i zrozumieć toczące się w nim życie. Zdobywamy wiedzę nie tylko o poszczególnych gatunkach zwierząt, ale także o całych ekosystemach i o tym, jaki wpływ na nie mają czynniki ludzkie. Ale nie zajmujemy się nie tylko samymi badaniami, opracowujemy także technologię, dzięki której możemy eksplorować świat dźwięków na dużej przestrzeni geograficznej i przez długi czas.
Ben Gottesman: Prowadzimy wiele projektów w K. Lisa Yang Center for Conservation Bioacoustics w The Cornell Lab Ornithology, jednostce Uniwersytetu Cornella w Ithace w stanie Nowy Jork. Nagrywamy brzmienia różnych miejsc, aby zrozumieć bioróżnorodność i pomóc ją chronić. W praktyce oznacza to umieszczenie w terenie rejestratorów dźwięku, które można pozostawić na zewnątrz na dłuższy czas ‒ czasem na kilka miesięcy, a nawet na rok. Rejestratory te gromadzą odgłosy, które jednocześnie stanowią gigantyczną ilość danych. W odnalezieniu się w tym gąszczu informacji pomaga nam sztuczna inteligencja.
Jak z ogromu informacji wybrać te najważniejsze? I jak w ogóle dźwięki mogą pomóc w ochronie przyrody?
A.R.: Opracowaliśmy narzędzia do ich wizualizacji. Zanim to się udało, trzeba było uważnie słuchać i analizować zgromadzone dane, aby zrozumieć zawartość nagrania; w praktyce oznaczało to odsłuchanie go w całości. Nasze narzędzia do wizualizacji pomagają nam przetwarzać dane w znacznie szybszym tempie. Jesteśmy w stanie zwizualizować całą godzinę nagrań na jednym obrazie. Dzięki temu możemy sprawniej przekuwać dane w naukę. Naszym celem jest możliwie najszersze udostępnianie informacji poprzez publikacje, sieci partnerów i wszelkie kanały komunikacji angażujące społecznie. Jeśli nikt nie usłyszy o odkryciach i wynikach naszej pracy, nie przyczynią się one do ochrony gatunków i miejsc podlegających szybkim przemianom. Dane akustyczne na dużą skalę mogą mieć istotne znaczenie w tej dziedzinie.
Czy często wyniki Waszej pracy mają bezpośredni wpływ na ochronę przyrody?
B.G.: Wszystkie badania, niezależnie od tego, czy prowadzone w głębinach oceanu, czy w lesie tropikalnym, wymagają gromadzenia danych przez długi czas. Mimo że jesteśmy w stanie szybko uzyskać wyniki analiz, czasem prowadzimy badania akustyczne w jednym miejscu i z tym samym partnerem nawet kilka lat. Odkryliśmy, że długa współpraca z lokalnymi instytucjami wpływa korzystnie na ochronę przyrody, czego przykładem jest jeden z naszych największych projektów, realizowany przez dr. Connora Wooda w górach Sierra Nevada w Kalifornii. Projekt skupiał się na badaniach żyjącego tam puszczyka plamistego. Jest to gatunek zagrożony, chroniony ustawą, istnieje ogromna potrzeba strzeżenia go. Rejestratory umieszczone w górach zbierają wszystkie dźwięki, dlatego nawet skupiając się na konkretnym puszczyku, możemy dowiedzieć się nie tylko, jaka jest jego populacja, ale także pozostałych zwierząt żyjących na tym terenie. Mamy szansę poznać populację ptaków oraz innych gatunków zagrożonych wyginięciem, takich jak wilki czy rzadkie odmiany płazów. Dzięki monitoringowi akustycznemu możemy odpowiedzieć na pytanie, jak duża jest liczebność puszczyka plamistego, czy się ona zmienia, a przede wszystkim dlaczego tak się dzieje. W ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat pojawiły się bardzo poważne zagrożenia dla tego podgatunku puszczyka, głównie wyręb lasów oraz pożary pokrywające gigantyczny obszar, nazywane megapożarami. Stają się one coraz częstsze z powodu zmian klimatycznych. W 2017 r. rozpoczęto badania akustyczne, umieszczając około 50 rejestratorów na północy terenu objętego obserwacją. Następnie w całym regionie gór Sierra Nevada dodawano kolejne. Dziś jest ich tam ponad dwa tysiące, czyli ponad sto razy więcej niż w przypadku standardowego projektu. Dzięki temu z powodzeniem można monitorować siedliska osobników obserwowanego gatunku, śledzić ich zachowania oraz wpływ pożarów na ich życie. Monitoring akustyczny umożliwił naszym naukowcom oszacowanie populacji puszczyka plamistego na tym terenie na około 2300 osobników.
Czyli projekt dotyczy z założenia jednego gatunku, ale tak naprawdę dane z tych nagrań można wykorzystać do szerszych badań?
B.G.: Tak, dzięki badaniom akustycznym możliwe jest uzyskanie danych na temat jednego gatunku, a przy okazji także wszystkich innych zwierząt, które znajdą się w zasięgu rejestratorów. Dzięki temu projektowi można było zaobserwować, jak zmieniają się populacje zwierząt i jaki wpływ na nie mają megapożary. W związku ze zgromadzonymi w ten sposób informacjami władze odpowiedzialne za dany obszar mogą wprowadzać ulepszenia w ochronie przeciwpożarowej. Dawniej, żeby przeprowadzić takie badania, trzeba było wysłać kogoś do wszystkich tych regionów. Metody akustyczne są znacznie szybsze i tańsze.
Ashakur, zajmujesz się badaniem środowiska, które bez rejestratorów dźwięku byłoby niedostępne dla człowieka – morskimi głębinami.
A.R.: Obecnie prowadzimy projekt akustyczny poświęcony wielorybom biskajskim w Zatoce Massachusetts, ale monitorowaliśmy wieloryby także w innych częściach świata, w Arktyce i w Zatoce Meksykańskiej, gdzie analizowaliśmy wpływ wycieku ropy na ich populację. Badaliśmy migrację i populację wieloryba grenlandzkiego. Mamy duże doświadczenie w monitorowaniu migracji tych zwierząt. Metoda bioakustyczna jest doskonałym narzędziem do badania wielorybów, ponieważ jest nieinwazyjna i stosunkowo tania. Wcześniej w celu monitorowania migracji dużych ssaków wodnych obserwację prowadzono z brzegu, łodzi lub samolotu. Badania akustyczne zapewniają nam więcej danych i dają ciągły opis życia tych gatunków.
Na wschodnim wybrzeżu Stanów Zjednoczonych wieloryby biskajskie z północnego Atlantyku walczą o przetrwanie. Pozostało zaledwie 336 osobników tego gatunku, z czego samic jest mniej niż sto. Główne przyczyny śmierci tych morskich ssaków to uderzenia statków i zaplątywanie się w sprzęt do połowu homarów lub krabów. Przy obecnym tempie zmniejszania się populacji gatunek ten jest poważnie zagrożony wyginięciem.
Wschodnie Wybrzeże słynie z licznych punktów do obserwacji tych zwierząt.
A.R.: Od grudnia do stycznia część populacji wielorybów biskajskich przebywa w okolicach wybrzeży Florydy. Gdy ocean się ociepla, migrują wzdłuż wybrzeża na północ do Massachusetts, dalej do Maine i do Kanady. Potocznie nazywamy je wielorybami miejskimi, ponieważ podpływają blisko wybrzeży. Wody tutaj nagrzewają się szybciej, co powoduje koncentrację pokarmu, którym się żywią. Jednak ich obecność na tym obszarze naraża je na niebezpieczeństwo: ze względu na sąsiedztwo dużych aglomeracji występuje tu wzmożony ruch statków, a szlak żeglugi przebiega przez miejsca żerowania wielorybów. Aby je chronić, prowadzimy projekty badawcze i monitorujące wzdłuż ich kluczowych siedlisk.
Jak od strony technicznej wyglądają badania w oceanie?
A.R.: Od 2008 r. badamy wieloryby biskajskie na północnym Atlantyku za pomocą naszych boi akustycznych. W Zatoce Massachusetts wzdłuż bostońskiego szlaku żeglugowego, który jest jednym z kluczowych siedlisk wieloryba biskajskiego, umieściliśmy 10 boi monitorujących w czasie rzeczywistym. Dodatkowo w całej zatoce rozstawiliśmy 19 zestawów akustycznych, aby dowiedzieć się, jak wieloryb biskajski korzysta ze swoich siedlisk w tym regionie.
W jaki sposób Wasze badania przyczyniają się do ochrony tych morskich ssaków?
Nasze boje działają w czasie rzeczywistym, dzięki czemu jesteśmy w stanie na bieżąco przekazywać jednostkom żeglugowym informacje dotyczące wielorybów, a statki mogą dostosowywać się do sytuacji i np. zwalniać w miejscu, w którym zwierzęta przebywają. Kluczowa jest jednak współpraca z innymi podmiotami. Czasem wyniki naszych badań pomagają zmienić prawo. na przykład wiosną wszystkie wpływające do portu statki o długości powyżej 20 metrów muszą zwolnić. Ale zdarza się, że wydajemy zalecenia, których nie wszyscy przestrzegają, ponieważ nie są one obowiązkowe w świetle prawa. Inną kwestią jest to, że ze względu na kryzys klimatyczny zmieniają się kierunki migracji wielorybów. Opuściły one już część swoich dawnych siedlisk i przeniosły się do nowych miejsc, w których dotąd ich nie odnotowano i gdzie z tego powodu nie ma przepisów dotyczących ochrony owych zwierząt ani zasad, jakie powinny być stosowane w żegludze.
Jak wygląda Wasza praca na co dzień?
A.R.: Nasz zespół badawczy spędza większość czasu na analizie i syntezie danych akustycznych. Przede wszystkim na bieżąco monitorujemy informacje zebrane z rejestratorów. Analizujemy je za pomocą wielu różnych narzędzi, w tym uczenia maszynowego. Syntetyzujemy uzyskane wiadomości, aby zrozumieć szerszy kontekst całego projektu. Dwa razy w roku sprawdzamy także nasz sprzęt zanurzony w oceanie. Wtedy musimy udać się na miejsce testów, wyjąć sprzęt, sprawdzić go i zainstalować ponownie. Między tymi wyjazdami po prostu analizujemy dane na ekranie komputera, piszemy raporty i przekazujemy je naszym partnerom.
Przejdźmy teraz na ląd. Ben, interesujesz się związkiem pomiędzy przyrodą a czynnikami antropogenicznymi. Jaki mają one wpływ na świat akustyczny zwierząt?
B.G.: To pytanie, które zadaję sobie od około 10 lat. Obecnie pracuję w instytucie Sound Forest Lab na Uniwersytecie Wisconsin. Prowadzimy projekt, który ma na celu określenie, w jaki sposób łowiectwo i wycinka drzew ‒ dla mieszkańców Gabonu ważne metody pozyskiwania cennego białka oraz drewna ‒ oddziałują na bioróżnorodność lasu. Odgłosy zwierząt w tym regionie tworzą prawdziwą symfonię, krajobraz dźwiękowy jest niezwykle bogaty. Badamy, jak te dwa antropogeniczne czynniki stresogenne wpływają na natężenie dźwięku. Staramy się również znaleźć sposoby na to, by pozyskiwanie drewna w tym regionie miało bardziej zrównoważony charakter, co jest ważnym krokiem dla ochrony tego ekosystemu. Wcześniej pracowałem przy innych projektach bioakustycznych, koncentrując się m.in. na wpływie huraganów na zwierzęta. Wykorzystaliśmy wtedy nasze narzędzia, aby ocenić możliwość odbudowy ekosystemu po tym wydarzeniu.
Czy zwykli ludzie też mogą coś zrozumieć z pejzażu dźwiękowego przyrody? Warto się w niego wsłuchiwać?
B.G.: Po pierwsze, wsłuchanie się w otaczające nas dźwięki przynosi realne korzyści: ma moc łagodzenia stresu. Po drugie, można dowiedzieć się wiele o zmianach, jakie zachodzą w przyrodzie w zależności od pory roku. To sposób na zachowanie świadomości własnego otoczenia, a dla mnie także jedna z głównych sposobów na bycie tu i teraz.
A.R.: Dla mnie słuchanie dźwięków natury jest inspiracją i połączeniem się z przyrodą. Idziesz w jakieś miejsce, zamykasz oczy i po prostu słuchasz. Zaczynasz rozpoznawać poszczególne dźwięki. Po prostu wytęż słuch, zamknij oczy i pozwól sobie na eksplorację otoczenia poprzez dźwięk. Twój umysł zacznie wtedy szukać odpowiedzi na pytania. To może skłonić cię do dalszych poszukiwań, refleksji lub działań prowadzących do ochrony tych miejsc. Myślę, że nie tylko naukowcy mogą tego doświadczyć. Każde miejsce ma swoją piosenkę. Otwarcie się na nią może przenieść człowieka na zupełnie inny poziom odkryć i zrozumienia.
Czytaj również:
