Automated acoustic classifiers provide insights into calling patterns of cicadas in tropical Australia
تُظهر هذه الدراسة أن نموذج التعلم العميق BirdNET يمكنه أتمتة اكتشاف ومراقبة خمسة أنواع من صرار الليل في المناطق الاستوائية من أستراليا بفعالية، محققاً دقة عالية وموفراً رؤى متسقة بيئياً حول أنماط نداءاتها على مدار فترة زمنية بلغت 15 شهراً.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي لبحث مسبق لم يخضع لمراجعة الأقران. وهو ليس نصيحة طبية. لا تتخذ أي قرارات تتعلق بصحتك بناءً على هذا المحتوى. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
في المناظر الطبيعية الشاسعة والمشمسة في المناطق الاستوائية، غالباً ما يتردد في الأجواء طنين الحشرات. ومن بين أكثر هذه الكائنات صخباً وإلحاحاً هي السيكادا (الزيز)، وهي كائنات تقضي سنوات تحت الأرض قبل أن تخرج لتغني لبضعة أشهر قصيرة. بالنسبة للعلماء، فإن الاستماع إلى هذه الحشرات هو أكثر من مجرد تجربة سمعية؛ إنه وسيلة حيوية لفهم صحة النظام البيئي. تلعب الحشرات دوراً حاسماً في الطبيعة، حيث تعمل كملقحات، ومصادر غذاء، ومعيد تدوير، ومع ذلك فإن أعدادها تتناقص في جميع أنحاء العالم. ولحمايتها، يجب على الباحثين معرفة أين توجد، ومتى تكون نشطة، وكم عددها. تقليدياً، كان عدّ هذه الكائنات مهمة بطيئة وشاقة؛ إذ كان على العلماء السير عبر الأحراش، والاستماع بعناية، وتحديد كل نوع يدوياً من خلال أغنيته، وهي عملية يصعب توسيع نطاقها ومن السهل إغفالها. ومع ذلك، هناك أداة جديدة تغير قواعد اللعبة: أجهزة استماع آلية تسجل المشهد الصوتي ليلاً ونهاراً، مقترنة ببرامج حاسوبية يمكنها تعلم التعرف على نداءات حشرات معينة، مما يوفر طريقة لمراقبة التنوع البيولوجي على نطاق واسع.
في السافانا الاستوائية في شمال كوينزلاند بأستراليا، وضع فريق من الباحثين هذه التكنولوجيا قيد الاختبار. أرادوا معرفة ما إذا كان يمكن تدريب برنامج حاسوبي، صُمم في الأصل لتحديد أصوات الطيور، على التعرف على نداءات خمسة أنواع مختلفة من السيكادا. تعيش هذه الحشرات، بما في ذلك "الليزر البلادي" (lesser bladder)، و"الراتلر الشرقي" (eastern rattler)، و"كوروبري" (corroboree cicada)، و"الدبل درامر الشمالي" (northern double-drummer)، و"فيري دست سكواكر" (fairy dust squawker)، في بيئة صوتية معقدة مليئة بالرياح والأمطار وأصوات الحيوانات الأخرى. نصب الباحثون ثمانية عشر محطة تسجيل في جميع أنحاء المنطقة، ملتقطين الصوت بشكل مستمر لمدة خمسة عشر شهراً. نتج عن ذلك مكتبة ضخمة من التسجيلات الصوتية، بلغ مجموعها حوالي أربع وعشرين ألف ساعة من التسجيل. وبدلاً من الاستماع إلى كل دقيقة من هذا الشريط، استخدم الفريق نظاماً يعتمد على التعلم العميق لمسح التسجيلات. لقد علموا الحاسوب كيف يبدو صوت كل نوع من أنواع السيكادا الخمسة باستخدام بعض الأمثلة الواضحة، ثم تركوا النظام يبحث عبر آلاف الساعات من التسجيلات الميدانية لإيج اجاد المطابقات.
أظهرت النت النتائج أن الحاسوب كان بارعاً بشكل ملحوظ في هذه المهمة. فقد نجح النظام في تحديد نداءات أنواع السيكادا الخمسة بدقة عالية، متميزاً بينها وبين الضوضاء الخلفية وأصوات الحشرات الأخرى. وجد الباحثون أن البرنامج يمكنه التمييز بشكل موثوق بين نداء السيكادا الحقيقي والإنذار الكاذب، حتى عندما كانت الأصوات مختلطة معاً. هذا النجاح يعني أنه يمكنهم الآن النظر في البيانات لمعرفة متى وأين تغني هذه الحشرات بالضبط. واكتشفوا أن لكل نوع جدولاً زمنياً فريداً خاصاً به. فكان "الراتلر الشرقي" و"كوروبري" نشطين خلال النهار، حيث يصل "الراتلر الشرقي" إلى ذروة الجوقة الصاخبة في منتصف الصباح، بينما يغني "كوروبري" باستمرار من الصباح الباكر وحتى المساء. أما "الدبل درامر الشمالي" فكان لديه نمط أكثر تعقيداً، حيث يغني في الصباح، ثم يأخذ استراحة، ثم يغني مرة أخرى في فترة بعد الظهر والمساء الباكر. وفي المقابل، كان "الليزر البلادي" يغني في الغالب في المساء، حيث ينادي مع غروب الشمس، بينما كان "فيري دست سكواكر" نشطاً خلال النهار ولكنه يتوقف قبل الغسق.
ولعل الاكتشاف الأكثر إثارة للدهشة هو كيفية سلوك هذه الحشرات عندما يسوء الطقس. فبينما يُفترض غالباً أن الحشرات تتوقف عن الغناء عندما تمطر، أظهرت أجهزة الكشف الآلية أن هذه السيكادا استمرت في النداء حتى أثناء الأمطار الخفيفة والمتوسطة والثقيلة. في الواقع، لاحظ الباحثون أن الجوقات بدت أحيناً أكثر صخباً مع اشتداد المطر. وهذا يشير إلى أن تجنب الاستماع لهذه الحشرات أثناء المطر قد يتسبب في جعل العلماء يفقدون قدراً كبيراً من النشاط. كما كشفت الدراسة أن السيكادا لم تتجنب الغناء في نفس الوقت مع بعضها البعض بشكل صارم، حتى عندما تداخلت أصواتها. فبدلاً من تبادل الأدوار لتجنب الارتباك، اعتمدت على الاختلافات في طبقة الصوت وبنية نداءاتها لتُسمع. ويتحدى هذا الاكتشاف الفكرة القائلة بأن الحشرات دائماً ما تفصل أوقات غنائها لتجنب التداخل، مبيناً بدلاً من ذلك أنها تستطيع مشاركة المساحة الصوتية بفعالية.
من خلال إثبات أن الأنظمة الآلية يمكنها تتبع هذه الحشرات بدقة في البرية، تقدم الدراسة طريقة جديدة وقوية لمراقبة التنوع البيولوجي. كانت الطريقة المستخدمة فعالة، حيث تطلبت وقتاً بشرياً أقل بكثير من المسوحات التقليدية مع توفير صورة مفصلة لحياة الحشرات على فترات طويلة. وجد الباحثون أن التكنولوجيا عملت بشكل جيد حتى في الأصوات المعقدة للسافانا الاستوائية، حيث تغني العديد من الأنواع المختلفة في وقت واحد. يسمح هذا النهج للعلماء بجمع البيانات على نطاق كان مستحيلاً في السابق، مما يساعد في بناء فهم أوضح لكيفية تغير أعداد الحشرات. وبينما يواجه العالم فقداناً في تنوع الحشرات، فإن امتلاك أداة يمكنها الاستماع إلى الغابة وعدّ مغنيها تلقائياً يوفر وسيلة حيوية لتتبع هذه الكائنات الأساسية والنظم البيئية التي تدعمها.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.