Новый инструмент идентифицирует рыб по их звукам

Устройство FishEye UPAC-360 в работе. Автор: FishEye Collaborative

Исследователи из некоммерческой организации FishEye Collaborative, Корнелльского университета и Университета Аалто разработали новый инструмент, который сочетает подводную звукозапись и панорамное видео для точного определения звуков, издаваемых отдельными рыбами. Результаты опубликованы в журнале Methods in Ecology and Evolution.

Экологи используют подводные гидрофоны для мониторинга морских сред, таких как коралловые рифы. Эти устройства записывают насыщенные звуковые ландшафты, наполненные щелчками и хлопками креветок и рыб.

Однако до сих пор у экологов в основном не было возможности интерпретировать эти звуки на уровне видов, поскольку рифы населены сотнями видов, и звуки лишь очень немногих из них были точно атрибутированы.

«Когда дело доходит до идентификации звуков, то же биоразнообразие, которое мы стремимся защитить, является и нашей величайшей проблемой, — объясняет ведущий автор исследования доктор Марк Данцкер. — Разнообразие рыбьих звуков на коралловом рифе соперничает с разнообразием птиц в тропическом лесу. Только в Карибском бассейне, по нашим оценкам, более 700 видов рыб издают звуки».

Новый инструмент, названный исследователями всенаправленной подводной пассивной акустической камерой (UPAC-360), позволил идентифицировать источники отдельных звуков и приписать их 46 видам рыб с коралловых рифов Кюрасао в Карибском море. Более половины этих видов ранее не были известны как «звучащие».

Результаты исследования представляют собой самую обширную на сегодня коллекцию рыбьих звуков. Растущая коллекция доступна всем желающим.

Идентифицированные звуки из библиотеки теперь можно использовать для автоматического обучения систем машинного обучения распознаванию видов рыб в подводных записях. Это похоже на то, как птиц идентифицируют с помощью смартфонов в приложении Merlin от Cornell Lab of Ornithology.

«Нам еще далеко до создания "Merlin" для океанов, но эти звуки уже сейчас полезны для ученых и защитников природы», — говорит старший автор исследования доктор Аарон Райс.

Еще одно преимущество технологии в том, что ее можно разместить на рифе и оставить для сбора данных без необходимости присутствия дайвера или лодки.

Развертывание оборудования FishEye. Автор: FishEye Collaborative

Коралловые рифы — это очаги биоразнообразия. На их долю приходится лишь 0,1% площади дна океана, но они поддерживают существование 25% всех морских видов. Однако они деградируют из-за изменения климата, загрязнения и нерационального рыболовства.

«Эти рифы быстро деградируют, угрожая не только биоразнообразию, но и продовольственной безопасности и средствам к существованию почти миллиарда людей, которые от них зависят, — сказал доктор Данцкер. — В ответ правительства и НПО инвестируют миллиарды в защиту и восстановление рифов. Этого недостаточно, поэтому мы должны обеспечить эффективное использование этих ограниченных средств. Нам нужно отслеживать, как рифы реагируют как на стрессоры, так и на вмешательства».

Для создания инструмента UPC360 исследователи объединили гидрофоны для записи пространственного звука с панорамной камерой.

«Пространственный звук позволяет услышать направление, с которого звуки приходят к камере, — пояснил доктор Данцкер. — Когда мы визуализируем этот звук и накладываем его на панорамное изображение, результатом становится видео, которое может показать, какой звук издала какая рыба».

Исследователи расширяют работу, пополняя библиотеку для Карибского региона и начиная работы на других рифах по всему миру, включая Гавайи и Индонезию.