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人工智能提高对候鸟生物钟地图和指南针的理解

开心的月饼 2023-06-30 08:52:20 健康养生

不同种类的候鸟有不同的基因编程程序,这些程序会发出何时出发和何时返回的信号。这可能与日光、温度、天气和地球磁场等因素有关。这些迁徙计划以前已经被研究过,但新技术和计算能力使得处理大量数据甚至模拟各种因素成为可能,以便研究人员能够研究气候变化和我们如何扰乱他们的日常生活。

人工智能提高对候鸟生物钟地图和指南针的理解

鸟类的时钟、地图和指南针——动物生态学教授SusanneÅkesson和她的研究团队有几种不同的机制需要研究。鸟儿怎么知道什么时候该搬家了?他们如何知道自己要去哪里,以及什么可能会影响这种信息传递?是什么触发了他们对方向、导航、时间和地点的天生认知?

“我们使用几种不同的技术来研究野外和笼子里的野生鸟类。在实验室中,我们能够模拟磁暴或其他形式的视觉信息等干扰,并观察鸟类受到的影响。”

太阳罗盘、天文罗盘、磁罗盘

鸟类的迁徙方式是基因编程的行为,并且针对每个物种及其个体。

“我们早就知道它们会对地球的磁力做出反应,但它们如何调节这一点以及它们如何知道何时到达正确的位置仍然不清楚,”苏珊娜·奥克森解释道。

然而,人们对某些物种的了解要多于其他物种。普通雨燕在瑞典交配,可以连续飞行九到十个月。它们以在空中捕获的昆虫为食,这就是它们在飞行时设法处理能量摄入的方式。另一个例子是夜鹰,它们在一年中具有周期性的行为模式,其中交配、迁徙和建立脂肪储备完全由月相控制。其中很多内容都是在鸟类身上附有的微数据日志的帮助下绘制出来的。

除了微型数据记录器(小型数字设备)外,数据还在专门建造的实验室中收集,不同的小鸟被短期关在笼子里并进行拍摄。大型螺线管使研究人员能够控制和模拟笼子周围地球磁场的变化。

处理大量数据

特殊的称重系统可以估算鸟类每天的体重,以便跟踪它们如何释放脂肪并准备迁徙。借助摄像机,研究人员能够详细跟踪鸟类的移动方式、时间和方向。大多数物种是夜间活动的,并在黄昏时迁徙。

“小鸟类处理大量复杂的信息。能够使用如此大量的详细数据来比较物种是非常令人兴奋的。它有助于我们更准确地了解鸟类在做什么,它们如何收集信息以及它们如何反应它,”SusanneÅkesson解释道。

该实验室还拥有现场开发的专门设计的圆筒,为鸟类提供进食、睡眠和活动的机会。SusanneÅkesson对与eSSENCE的研究人员合作的新项目感到很高兴,eSSENCE是隆德大学的电子科学战略研究领域,它可以带来更多的理解。研究人员希望进一步开发这项技术,以便能够模拟其他情况,例如猛禽的威胁和群体迁徙。

鸟类在迁徙过程中的脆弱性

有些物种比其他物种更脆弱。有些动物成群结队地迁移,而另一些则一一迁移,目前尚不清楚是什么影响了它们的决定。他们也可能非常依赖与父母一起迁徙,通常是父亲传授迁徙路线和准备的知识。

苏珊娜和其他人研究的一个物种是里海燕鸥,它是世界上最大的燕鸥物种。它遍布世界各地,但欧洲人口在瑞典、芬兰和爱沙尼亚进行交配。研究小组对家庭群体进行了跟踪,并能够证明他们对在第一次飞行中了解迁徙路线的依赖程度,然后在一生中不断重复这一过程。

“它们迁徙的距离很远,最远可达萨赫勒地区,甚至可能在海拔数千米的地方穿越撒哈拉沙漠。与父母失散的幼鸟都会被猛禽带走,”SusanneÅkesson继续说道。“我们希望更多地了解风险出现的位置以及触发风险的原因。”

这种文化学习对于研究者来说很有趣,对于社会来说也是重要的信息。了解不同的迁徙计划以及例如海洋风电场如何影响不同物种,可以为决定在哪里适合建造这些风电场提供信息。

共享数据带来知识增益的多重回报

SusanneÅkesson还参与了一个项目,该项目位于瑞典最北端拉普兰地区的Tavvavuoma,该项目的物种受到威胁,情况可能很严重。研究人员主要研究涉禽在遥远北方的那个独特地区繁殖的地方。研究它们的迁徙计划以及它们的中途停留地点非常重要,这样才能保护敏感地区,避免它们的行为发生改变或栖息地减少。

多年来,我们收集了许多数据点,共享的数据构成了早期职业研究人员新工作的基础,进一步加深了他们的知识。许多研究团队在大型国际数据库中存储鸟类和陆地动物的跟踪数据。其中一个例子是与世界自然基金会和瑞典鸟类保护基金会合作的北极迁徙路线项目。

“我们需要为减少地球上人类、鸟类和其他动物之间的冲突做出贡献。我们与其他物种共享栖息地和生态系统,如果我们不保护它们,我们就会失去许多未知的、有价值的知识。”

这就是为什么新资金将使SusanneÅkesson能够扩大她的研究范围,并从LTH招募技术知识,以在未来几年补充该团队,这是一个好消息。使用新的算法和机器学习,他们希望更接近地回答以下问题:鸟类如何将体内的过程与地球磁场和一天的长度同步,它们在迁徙过程中如何校准不同的指南针,以及迁徙程序如何因物种而异。


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