Машинное обучение предсказало ареал редкого растения российской степи
Брандушка разноцветная — это цветущее ранней весной растение, обитающее в степях и занесенное в Красную книгу. Новое исследование оценило возможную область распространения брандушки и ее экологическую нишу, а заодно подсказало, как улучшить сеть особо охраняемых природных территорий Воронежской области и эффективнее защитить этот вид.
Потеря биоразнообразия остается одной из самых острых экологических проблем. Прямое уничтожение, разрушение экосистем и загрязнение среды уже привели к исчезновению множества видов растений и животных, и эта тенденция только усугубляется.
Для того, чтобы сберечь малочисленные виды, необходимы знания об их экологии и о том, как на них сказываются изменения окружающей среды, в том числе климата. Передовым инструментом таких исследований стало экологическое моделирование ареалов — species distribution modelling (SDM). Оно позволяет связать места фактического наблюдения живых существ с теми условиями среды, которые определяют их географическое распространение.
Теоретической основой SDM стала концепция экологической ниши Хатчинсона, а для ее вычислительной реализации используют машинное обучение (ML). В результате ученые получают оценку возможного ареала, а также представление об экологической нише вида и тех факторах среды, которые имеют для него жизненно важное значение.
Авторы новой статьи задались целью рассмотреть сеть особо охраняемых природных территорий (ООПТ) Воронежской области с точки зрения сохранения степных экосистем региона. Они создали базу, описывающую распространение 237 видов растений, в том числе 130 — растущих в степи и занесенных в Красную книгу. А для одного из них — брандушки разноцветной (Bulbocodium versicolor) — в качестве примера построили модели SDM.
Растение приходится близким родственником безвременнику и относится к эфемероидам — то есть расцветает рано по весне, вскоре после чего листья брандушки отмирают и появляются вновь только по прошествии зимы. Этот редкий вид занесен в Красные книги целого ряда российских регионов и других стран. Под Воронежем проходит северная граница ареала брандушки.
Выбор в пользу брандушки как индикатора редких степных экосистем связан со сравнительно большим числом наблюдений — всего 163 находки с 1769 по 2021 год. Эти данные получены из гербарных хранилищ, собраны или подтверждены непосредственно «в полях» авторами и взяты из международной базы данных биологического разнообразия GBIF. Любопытно, что способствовать развитию GBIF может всякий желающий — публикуя фотографии растений и животных через бесплатное приложение iNaturalist.
Для построения моделей авторы использовали данные о климате и рельефе Воронежской области с высоким разрешением. Из них были отобраны 11 наиболее значимых показателей, которые помогли алгоритмам машинного обучения построить SDM и предсказать область распространения редкого вида. Результаты моделирования авторы привели в виде карты, которая показывает вероятность нахождения B. versicolor в каждой точке.
Оказалось, что брандушка приурочена главным образом к системе балок и оврагов на юге региона. Это согласуется с тем, что на Воронежскую область приходится самая северная часть ареала растения. А овраги и склоны брандушка предпочитает по необходимости — ведь большая часть плодородных черноземов на плоских участках рельефа здесь давно распахана и занята полями.
Ученые надеются, что их результат не только дополнил наши знания о редком растении, но также поможет оптимизировать местную сеть степных ООПТ.
«<…> В своей статьей мы прямо указываем на необходимость развития региональной сети степных ООПТ, которая до сих пор создавалась с игнорированием ландшафтного подхода, а также предлагаем новые перспективные степные ООПТ, которые были выделены на основе анализа визуализированной на картографической основе базе данных» — пояснил по просьбе Naked Science первый автор статьи Дмитрий Владимиров, кандидат географических науки и доцент факультета географии, геоэкологии и туризма Воронежского государственного университета.
Telegram 
Дзен 
VK Если достаточно развитая цивилизация может отправлять к звездам не колонистов, а крошечные автономные зонды с ИИ, роботами и архивами знаний, то молчание Вселенной становится еще более странным. Возможно, развитые цивилизации не строят космические империи и не окружают звезды мегаструктурами, а расселяются по Галактике тихо — с помощью малозаметных автоматических систем.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Современные люди проводят днем неподвижно столько же времени, сколько и охотники-собиратели. Но делают это сидя, а не на корточках, как их предки. Физиология человека не адаптирована к сидению, а физические возможности цивилизованных людей — к длительному пребыванию на корточках. Теперь исследователи рассчитали часть цены, которую мы платим за проблему длительного сидения.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии