biomes: An R package for reproducible occurrence-to-biome classification using 31 global biome schemes

विश्व के मानचित्र पर, भूमि को अक्सर वनस्पति के व्यापक, विस्तृत क्षेत्रों में विभाजित किया जाता है। ये क्षेत्र, जिन्हें बायोम (biomes) कहा जाता है, हमारे ग्रह के महान पारिस्थितिक पड़ोस हैं, जो उष्णकटिबंधीय वर्षावनों के घने, आर्द्र क्षेत्रों से लेकर शुष्क, खुले सवाना और ध्रुवीय क्षेत्रों के जमे हुए विस्तार तक फैले हुए हैं। वैज्ञानिक इन श्रेणियों का उपयोग यह समझने के लिए करते हैं कि जीवन विश्व भर में कैसे वितरित है, प्रजातियां अपने वातावरण के अनुकूल कैसे होती हैं, और भविष्य में पारिस्थितिकी तंत्र कैसे बदल सकते हैं। हालांकि, इन क्षेत्रों को वर्तमान में परिभाषित करने के तरीके में एक महत्वपूर्ण समस्या है। जिस प्रकार विभिन्न मानचित्रकार किसी देश की सीमाओं को थोड़े अलग तरीकों से खींच सकते हैं, उसी प्रकार पारिस्थितिकीविदों ने इन बायोम के लिए दर्जनों अलग-अलग मानचित्र बनाए हैं। कुछ मानचित्र उस जलवायु पर ध्यान केंद्रित करते हैं जो पौधों के विकास को संचालित करती है, अन्य वनस्पति के भौतिक आकार पर, और अन्य इस पर कि मनुष्यों ने परिदृश्य को कैसे परिवर्तित किया है। क्योंकि ये मानचित्र अक्सर इस बात पर असहमत होते हैं कि एक बायोम कहाँ समाप्त होता है और दूसरा कहाँ शुरू होता है, शोधकर्ता अक्सर अपने विशिष्ट प्रश्न के लिए सही मानचित्र चुनने में संघर्ष करते हैं। यह अनिश्चितता भ्रम की स्थिति पैदा कर सकती है, जहाँ एक अध्ययन अनजाने में ऐसे मानचित्र का उपयोग कर सकता है जो उन्हीं पैटर्न को विकृत करता है जिन्हें वह मापने की कोशिश कर रहा है, या जहाँ एक ही समूह के जानवरों या पौधों का अध्ययन करने वाले विभिन्न वैज्ञानिक केवल अपने आसपास के वातावरण की अलग-अलग परिभाषाओं का उपयोग करने के कारण विरोधाभासी निष्कर्षों पर पहुँचते हैं।

इस भ्रम को दूर करने के लिए, शोधकर्ताओं की एक टीम ने biomes नामक एक नया डिजिटल टूल विकसित किया है, जिसे मानचित्रों के इस अराजक परिदृश्य में व्यवस्था लाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। उनके कार्य का मूल तीस-एक विशिष्ट वैश्विक बायोम स्कीमें (schemes) का संग्रह है, जो मानकीकृत हैं और आर (R) प्रोग्रामिंग भाषा के उपयोग के लिए तैयार हैं, जो पारिस्थितिक डेटा विश्लेषण के लिए एक मानक उपकरण है। वैज्ञानिकों को इन विभिन्न मानचित्रों को मैन्युअल रूप से डाउनलोड करने, साफ करने और संरेखित करने के लिए मजबूर करने के बजाय, यह पैकेज उन्हें एक एकल, सामंजस्यपूर्ण प्रारूप में प्रदान करता है। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि यह पैकेज केवल मानचित्र ही नहीं देता; यह यह तय करने की एक विधि भी प्रदान करता है कि किसी विशिष्ट अध्ययन के लिए कौन सा सबसे अच्छा है। शोधकर्ताओं ने एक वर्कफ़्लो बनाया है जो प्रजातियों के पाए जाने के स्थानों की एक सूची लेता है और उसका परीक्षण सभी उपलब्ध मानचित्रों के विरुद्ध करता है। इसके बाद, यह मानचित्रों को इस आधार पर रैंक करता है कि वे डेटा के साथ कितनी अच्छी तरह फिट बैठते हैं, और उस योजना की तलाश करता है जो डेटा के अधिकांश रिकॉर्ड्स को कैप्चर करती है और साथ ही उन विभिन्न प्रकार के वातावरणों के बीच अंतर करती है जिन्हें प्रजाति वास्तव में घेरती है। यह दृष्टिकोण शोधकर्ताओं को किसी परिचित मानचित्र को आँख मूंदकर चुनने के बजाय, उन्हें उनके विशिष्ट शोध प्रश्न के लिए गणितीय और वैचारिक रूप से सबसे उपयुक्त विकल्प चुनने की अनुमति देता है।

टीम ने इस नए सिस्टम की शक्ति को बॉम्बेकोइडिए (Bombacoideae) नामक पौधों के एक समूह पर लागू करके प्रदर्शित किया, जो एक उप-परिवार है जिसमें प्रसिद्ध बाओबाब पेड़ और कपोक पेड़ शामिल हैं। उन्होंने इस समूह की 185 विभिन्न प्रजातियों के लिए 17,000 से अधिक रिकॉर्ड किए गए स्थानों को एकत्र किया। जब उन्होंने अपने डेटा को biomes वर्कफ़्लो के माध्यम से चलाया, तो सिस्टम ने उपलब्ध इकतीस मानचित्रों का मूल्यांकन किया और वनस्पति प्रकारों पर ध्यान केंद्रित करने वाले मानचित्रों को फ़िल्टर करने के बाद, रामकुट्टी और फोले (Ramankutty and Foley) द्वारा बनाए गए एक विशिष्ट ऐतिहासिक मानचित्र को सबसे उपयुक्त पाया। यह मानचित्र, जो यह पुनर्निर्मित करता है कि मानवीय हस्तक्षेप के बिना प्राकृतिक वनस्पति कैसी दिखती, ने पौधों के रिकॉर्ड को सार्थक श्रेणियों में सफलतापूर्वक वर्गीकृत किया। विश्लेषण से पता चला कि दर्ज किए गए लगभग आधे पौधे, और अधिकांश प्रजातियां, उष्णकटिबंधीय सदाबहार वुडलैंड्स (tropical evergreen woodlands) में पाई गईं। एक अन्य महत्वपूर्ण हिस्सा सवाना में पाया गया। ये निष्कर्ष उन बातों से मेल खाते हैं जो वैज्ञानिकों ने पिछले अध्ययनों से पहले से ही संदिग्ध मानी थीं, जिससे पुष्टि होती है कि यह समूह वास्तव में वन और सवाना वातावरण के बीच विभाजित है। biomes पैकेज का उपयोग करके, शोधकर्ता बिना किसी जटिल, कस्टम कोड को लिखे या डेटा को मैन्युअल रूप से क्यूरेट किए, इस ज्ञात पैटर्न को तेज़ी से और पारदर्शी रूप से पुनरुत्पादित करने में सक्षम थे।

इस कार्य का मूल्य इसकी क्षमता में निहित है कि यह बायोम मानचित्र के चुनाव को एक डिफ़ॉल्ट आदत के बजाय एक विचारशील, डेटा-संचालित निर्णय बनाने में सक्षम बनाता है। इस टूल से पहले, एक शोधकर्ता केवल इसलिए एक मानचित्र चुन सकता था क्योंकि वह पहला था जो उसे मिला या जो अन्य सभी उपयोग करते थे, जिससे संभावित रूप से त्रुटियां उत्पन्न हो सकती थीं यदि वह मानचित्र उनके विशिष्ट अध्ययन प्रणाली के साथ संरेखित नहीं होता था। नया पैकेज यह सुनिश्चित करता है कि चुना गया मानचित्र वह है जो अध्ययन के अधिकांश डेटा बिंदुओं को कवर करता है और साथ ही विभिन्न वातावरणों के बीच अंतर देखने के लिए पर्याप्त विवरण प्रदान करता है। यह डेटा की जटिल वास्तविकता को संभालता है, जैसे कि वे रिकॉर्ड जो तट रेखाओं या द्वीपों पर गिरते हैं जिन्हें कुछ मानचित्र अनदेखा कर देते हैं, उन्हें खोने के बजाय एक स्पष्ट स्थिति (status) प्रदान करता है। यह सिस्टम तेज़ है, जो सेकंडों में हजारों रिकॉर्ड को प्रोसेस करता है, और स्पष्ट विज़ुअलाइज़ेशन (visualizations) उत्पन्न करता है जो दिखाते हैं कि चुने गए बायोम सीमाओं के संबंध में पौधे कहाँ स्थित हैं। दुनिया की वनस्पति को देखने के इन इकतीस अलग-अलग तरीकों तक पहुँचने का एक मानकीकृत तरीका प्रदान करके, biomes पैकेज यह सुनिश्चित करने में मदद करता है कि पारिस्थितिक अनुसंधान अधिक पुनरुत्पादनीय (reproducible), अधिक सटीक और वैज्ञानिकों द्वारा पूछे जा रहे विशिष्ट प्रश्नों के लिए बेहतर रूप से सुसज्जित हो।