Океаны - шумное место, но ученые не всегда уверены в том, что именно создает шум. Именно поэтому группа ученых объединилась для создания GLUBS, или Глобальной библиотеки подводных биологических звуков. Ее создание началось во время Международного эксперимента "Тихий океан" - проекта, целью которого была координация использования всемирной сети невоенных гидрофонов для прослушивания происходящего под водой. Хотя GLUBS в его полностью реализованном виде еще не существует, группа исследователей работает над созданием основы, на которой он может быть построен.
Пассивный акустический мониторинг - оставление гидрофона в воде - позволяет исследователям узнать о жизни в океанах через сложные оркестры звуков, которые они слышат.
"Вы можете услышать, как падает дождь, как разбиваются волны, как на морском дне происходят вулканы или землетрясения, как шумят корабли или траулеры, волочащие сети по морскому дну. И, конечно, вы слышите самих животных", - говорит Джесси Аусубел, исследователь окружающей среды из Рокфеллеровского университета и директор IQOE. "Звук очень силен в воде. Он хорошо распространяется, в то время как свет - нет. Таким образом, звук является действительно важной частью образа жизни многих видов морских обитателей".
Весной 2020 года из-за COVID судоходство во всем мире сократилось. Буровые работы и сейсмическое тестирование в поисках нефти и газа под морским дном сократились. Этот период предоставил исследователям ценную возможность узнать о разнообразии, распределении и изобилии морской жизни, просто прислушавшись к коралловому рифу или лесу ламинарий.
В рамках IQOE Аран Муни, ученый из Вудсхолского океанографического института, возглавил рабочую группу по обзору акустических исследований, связанных с "горячими точками" биоразнообразия. Но исследователи из этой группы вскоре поняли, что для того, чтобы сделать пассивную акустику полезным инструментом, им нужна справочная библиотека. "Неважно, будь то отпечатки пальцев, сетчатка глаза, распознавание голоса или фотографии, всегда нужно сравнивать что-то с чем-то другим", - говорит Аузубел.
Муни вместе с биоакустиком Майлзом Парсоном из Австралийского института морских наук разыскали более десятка других исследователей по всему миру и в феврале этого года обратились с призывом о создании глобальной библиотеки звуков, которую они назвали GLUBS. "Это своего рода момент Ноева ковчега", - говорит Аусбел. "Люди, занимающиеся моржеванием, возможно, собирали звуки моржей, а люди, занимающиеся дельфинами, собирали звуки дельфинов. Так что тут и там у людей есть несколько акустических книг, но никто не создал библиотеку".
Лаэла Сайиг, исследователь из Вудс-Хоулского океанографического института, была привлечена к работе, когда группа начала собирать существующие морские базы данных. Сайиг управляет базой данных звуков морских млекопитающих Уоткинса совместно с китобойным музеем Нью-Бедфорда в Массачусетсе.
"GLUBS - это огромная командная работа, которая выросла из этого расширяющегося участия пассивного акустического мониторинга в исследованиях биологии", - говорит она. "Это, конечно, не первый случай, когда подобное было предложено. Но это первый раз, когда это было предложено в более глобальном масштабе".
Потенциальные возможности использования GLUBS в научных целях (когда он будет построен) огромны. Наличие видовой базы данных звуков позволит исследователям детально изучить поведение животных и проследить, как оно меняется со временем. Они смогут изучать маршруты миграции, использование среды обитания и биологическую реакцию на деятельность человека или изменение климата. Например, пассивная акустическая запись уже используется как способ мониторинга последствий цветения водорослей.
Широкомасштабная библиотека звуков может также помочь управляющим ресурсами выяснить, являются ли определенные зоны особыми для рыб и других морских обитателей. "Многие рыбы, как и морские млекопитающие, издают звуки во время нереста. Многие животные издают звуки при кормлении", - отмечает Сайиг. "Именно эти звуки помогают определить критически важные для кормления зоны, и можно представить, как использовать такие данные для защиты определенных районов".
Важно, что справочная библиотека позволит ученым изучить сами коммуникационные сигналы и понять, как животные используют различные сигналы.
Команда предлагает веб-платформу с открытым доступом, которая будет содержать справочную библиотеку известных звуков и место, где исследователи смогут оставлять неизвестные звуки. Эксперты, способные определить эти загадочные звуки, смогут высказать свои предложения. В идеале библиотека будет объединять существующие базы данных звуков со всего мира. Также будет создан портал, на котором исследователи смогут просматривать аннотированные и неаннотированные аудиозаписи отдельных животных, а также звуковые ландшафты.
Более того, эта платформа может предоставить обучающие данные для алгоритмов на основе искусственного интеллекта, которые затем можно будет использовать для анализа и аннотирования вновь загруженных аудиоклипов и предложить виды рыб или беспозвоночных, которые могут присутствовать в этой записи. Команда рассматривает возможность разработки сопутствующего приложения для гражданской науки, которое позволит любому желающему загружать звуковые данные в библиотеку.
Обсуждалось, как эта библиотека может интегрировать элементы существующих незвуковых платформ, таких как OBIS-SEAMAP: большая географическая база данных, которая показывает места наблюдения морских животных. Таким образом, к картам распространения видов можно будет добавить новое измерение звука. "Многие из этих животных мы не можем увидеть", - говорит Сайиг. "Если мы не можем записать их звуки, то в большинстве случаев мы даже не представляем, что они там есть".
За последние несколько десятилетий технология программного и аппаратного обеспечения, необходимого для сбора морских звуков, достигла такого уровня, что подобное стало возможным. Более дешевые устройства способны получать и хранить долгосрочные записи. Стоимость гидрофонов и водонепроницаемых систем записи значительно снизилась. Например, гидрофон Hydromoth стоит около 79 долларов, а GoPros - около 349 долларов.
Когда Сайиг начала работать с акустическими данными в начале своей карьеры, она записывала их на кассеты, которые затем приходилось оцифровывать. "Сейчас возможностей стало намного больше, и даже существуют коммерческие программы, такие как Raven, PAMGuard, Kaleidoscope, которые очень удобны для пользователя и даже имеют встроенные алгоритмы обнаружения и классификации", - говорит она. "Они не во всех случаях являются сверхточными. Но это все равно начало".
В настоящее время команда GLUBS работает над тем, чтобы собрать как можно больше информации обо всех существующих базах данных морских звуков (с текущими и историческими данными), которые существуют в настоящее время. Это позволит команде GLUBS оценить, что работает хорошо, а что не очень, а также связаться со всеми людьми, которые управляют этими отдельными базами данных, для будущего сотрудничества.
Следующие шаги по созданию платформы и обеспечению финансирования для ее поддержки будут обсуждаться на предстоящем семинаре, запланированном на июль. Команда GLUBS будет использовать этот семинар для привлечения дополнительных партнеров и потенциальных коллабораторов, включая ученых из Корнельского университета, который создал аналогичную платформу для звуков птиц.