Przyszłość entomologii: Nowa technologia rewolucjonizuje badania nad owadami

Autonomiczna pułapka na owady z kamerą w Kostaryce. Źródło: Jenna Lawson

Nowe technologie zmieniają badania nad owadami i nadzór środowiskowy. Wykorzystując sztuczną inteligencję do analizy DNA, obrazów, dźwięków i wzorców lotu, możemy uzyskać nowe spostrzeżenia na temat świata owadów.

Niedawne obawy dotyczące znacznego spadku populacji owadów skłoniły naukowców do pilnego zebrania danych na temat ich obecnego stanu.

„Do tej pory takie dane były dostępne tylko dla kilku grup owadów i wybranych regionów. Aby poprawić status quo, potrzebujemy pilnych ocen wszystkich rodzajów owadów we wszystkich częściach świata” — mówi Roel van Klink, starszy badacz w Niemieckim Centrum Zintegrowanych Badań nad Różnorodnością Biologiczną (iDiv) i główny redaktor wydania specjalnego.

Biorąc pod uwagę, jak liczne są owady i jak trudno je odróżnić, uzyskanie kompletnych informacji na temat trendów dotyczących owadów pozostaje trudnym zadaniem. Teraz przełomy technologiczne torują drogę do globalnych badań nad owadami.

Dzięki przełomom technologicznym możemy teraz wykorzystywać wszelkiego rodzaju różne właściwości owadów do ich śledzenia. Na przykład wiele owadów wydaje dźwięki charakterystyczne dla ich gatunku. Używając tanich urządzeń rozmieszczonych w środowisku, możemy nagrywać te dźwięki, a następnie przypisywać je owadom, które je wydały. Alternatywnie możemy przyciągać owady do światła, a następnie je fotografować i identyfikować obrazy. Używając radaru lub nawet wiązek laserowych, możemy wyczuwać owady zdalnie i identyfikować je na podstawie ich wielkości i uderzeń skrzydeł. Wreszcie możemy wyodrębnić DNA z owadów – lub z ich śladów w środowisku, w tym w wodzie lub powietrzu – i wykorzystać sekwencję ich genów do ich rejestrowania i identyfikowania.

„Te nowe metody mają ogromny potencjał, aby zamknąć ogromne luki w danych, które mamy dla owadów. Mogą nam dostarczyć nowych, więcej i lepszych danych przy niższych kosztach, częściowo dzięki pół- lub całkowicie autonomicznemu gromadzeniu danych. Nowe technologie zazwyczaj również unikają zabijania owadów”, mówi Toke Thomas Høye, profesor ekologii na Wydziale Ekonauki Uniwersytetu w Aarhus w Danii.

Co najważniejsze, nowe metody zmniejszają naszą zależność od ekspertów, ponieważ osób potrafiących odróżnić owady jest niewiele i są one przeciążone pracą. Zamiast wykorzystywać swoją cenną wiedzę specjalistyczną na każdej pojedynczej próbce owadów, mogą nauczyć komputery wykonywania rutynowej pracy – a następnie skupić się na zadaniach, do których ich wiedza specjalistyczna jest naprawdę potrzebna.

Konieczność automatycznego przetwarzania gatunków owadów zwiększa fakt, że w przypadku większości owadów nie ma nikogo, kto by je znał. Szacuje się, że cztery na pięć gatunków owadów jest nadal nieznanych nauce, a zatem nie mają nawet nazw. Scharakteryzowanie ich wszystkich zajmie ponad tysiąc lat, jeśli będziemy kontynuować tradycyjne metody.

„Teraz metody komputerowe i sztuczna inteligencja mogą znacznie przyspieszyć zadanie opisywania życia na Ziemi. Ucząc komputery, jak odróżniać owady, możemy zrozumieć miliardy obrazów, miliony nagrań dźwiękowych i biliony sekwencji DNA” – mówi Tomas Roslin, profesor ekologii owadów na Szwedzkim Uniwersytecie Nauk Rolniczych (SLU).

„Wspólnie te postępy techniczne zrewolucjonizują naszą wiedzę o owadach. Umożliwiają one przeprowadzenie badań wszystkich rodzajów owadów. Chociaż do tej pory były rozwijane w izolacji od siebie, naszym specjalnym wydaniem jest początek ich integracji. Łącząc je, uzyskamy bezprecedensowe spostrzeżenia na temat owadów na całym świecie” — mówi dr Silke Bauer ze Szwajcarskiego Federalnego Instytutu Badawczego (WSL). „Aby jednak umożliwić globalne spostrzeżenia i równość, musimy upewnić się, że zarówno same technologie, jak i generowane dane staną się dostępne dla każdego”.

Te postępy i zasady zostały zaprezentowane w nowym wydaniu Philosophical Transactions of the Royal Society B — oferującym kompleksowy port wejściowy dla każdego zainteresowanego światem owadów i tym, jak możemy go badać.