To może być prawdziwy przełom w ochronie przyrody i monitorowaniu dzikich zwierząt. Naukowcy z Uniwersytetu Oksfordzkiego, we współpracy z międzynarodowym zespołem badaczy, po raz pierwszy w historii wykorzystali sztuczną inteligencję do analizy zdjęć satelitarnych i policzenia liczby gnu podczas słynnej Wielkiej Migracji na sawannach Serengeti i Masai Mara. Wyniki są niepokojące, populacja tych zwierząt może być nawet o połowę mniejsza, niż dotychczas sądzono. Pisze o tym w najnowszym numerze czasopismo "PNAS Nexus".
Wielka Migracja gnu to jedno z najbardziej spektakularnych zjawisk przyrodniczych na Ziemi. Każdego roku setki tysięcy tych zwierząt przemierzają afrykańskie równiny, podążając za świeżą trawą i wodą. Widowisko przyciąga turystów z całego świata i jest kluczowe dla przetrwania wielu drapieżników, takich jak lwy, krokodyle czy hieny cętkowane. Do tej pory liczebność migrujących gnu szacowano na podstawie lotniczych zdjęć - samoloty przelatywały nad wyznaczonymi trasami, a naukowcy fotografowali przemieszczające się stada. Następnie, na podstawie fragmentarycznych danych, stosowano modele statystyczne, by oszacować całkowitą populację.
Metoda ta, stosowana od lat 70., nie jest pozbawiona wad. Zwierzęta mogą przemieszczać się pomiędzy przelotami, a ich rozproszenie na ogromnych obszarach utrudnia precyzyjne liczenie. Właśnie dlatego zespół pod kierownictwem dr Isli Duporge z Uniwersytetu Oksfordzkiego postanowił sięgnąć po najnowsze osiągnięcia nauki - zdjęcia satelitarne o wysokiej rozdzielczości oraz algorytmy sztucznej inteligencji.
Badacze wykorzystali zdjęcia wykonane przez satelity Maxar Technologies Worldview-2 i 3, które krążą na wysokości ponad 600 kilometrów nad Ziemią. Dzięki temu byli w stanie objąć zasięgiem nawet setki tysięcy kilometrów kwadratowych - nieporównanie więcej niż podczas tradycyjnych przelotów samolotem. Ręczne liczenie zwierząt na tak ogromnym obszarze byłoby praktycznie niemożliwe, dlatego postanowili wykorzystać sztuczną inteligencję.
Zespół naukowców wytrenował dwa zaawansowane modele głębokiego uczenia – U-Net oraz YOLOv8 - na podstawie ponad 70 tysięcy ręcznie oznaczonych zdjęć gnu. Modele osiągnęły bardzo wysoką skuteczność. Po zastosowaniu algorytmów do zdjęć satelitarnych z lat 2022 i 2023, obejmujących ponad 4 tysiące kilometrów kwadratowych rezerwatu Masai Mara, okazało się, że liczba gnu jest znacznie niższa niż dotychczasowe szacunki. W 2022 roku modele wykryły od 324 do 338 tysięcy osobników, a w 2023 roku – od 503 do 533 tysięcy. To mniej niż połowa w stosunku do powszechnie przyjmowanej liczby 1,3 miliona zwierząt, która obowiązywała od lat.
Co ciekawe, naukowcy podkreślają, że nawet te nowe, niższe liczby mogą być nieco zawyżone. Przy obecnej rozdzielczości zdjęć satelitarnych (30-60 cm na piksel) pojedyncze gnu to zaledwie kilka pikseli - algorytmy mogą więc mylić je z podobnej wielkości zwierzętami, jak zebry czy elandy.
Dr Isla Duporge, obecnie z Uniwersytetu Princeton (wcześniej Oksford) podkreśla, że różnica między tradycyjnymi szacunkami a wynikami nowego badania jest ogromna i rodzi wiele pytań. "Na podstawie danych z nadajników GPS jesteśmy przekonani, że większość stada znajdowała się w objętym badaniem obszarze. Oczywiście, część zwierząt mogła być ukryta pod drzewami, ale trudno uwierzyć, by aż pół miliona gnu mogło się w ten sposób schować" - mówi badaczka.
Jednocześnie naukowcy uspokajają: niższe liczby nie muszą oznaczać gwałtownego spadku populacji w ostatnich latach. Być może gnu zmieniły trasy migracji, a niektóre osobniki przebywają poza tradycyjnymi szlakami. Jednak zagrożenia dla tych zwierząt są realne – fragmentacja siedlisk spowodowana rozwojem rolnictwa, budową dróg i ogrodzeń ogranicza przestrzeń do migracji, a zmiany klimatu wpływają na dostępność pożywienia i wody.
Badanie opublikowane w prestiżowym czasopiśmie "PNAS Nexus" to nie tylko rewolucja w liczeniu gnu. To także zapowiedź nowej ery w monitorowaniu dzikiej przyrody. Zespół z Oksfordu już wcześniej z sukcesem wykorzystywał sztuczną inteligencję do liczenia słoni na zdjęciach satelitarnych. Teraz po raz pierwszy udało się przeprowadzić precyzyjny spis tak licznej i rozproszonej populacji ssaków. Metoda ta może być w przyszłości stosowana do monitorowania innych gatunków stadnych, takich jak renifery, zebry czy wielbłądy. Naukowcy już pracują nad podobnym rozwiązaniem dla afrykańskich nosorożców.
"Najważniejszą informacją dla ochrony każdego gatunku jest to, ile osobników go tworzy. Przełom technologiczny, jakim jest satelitarny monitoring przyrody wspierany przez AI, może zrewolucjonizować nie tylko ochronę gnu, ale i wielu innych dużych zwierząt" - podkreśla Prof. David Macdonald, założyciel Wildlife Conservation Research Unit na Uniwersytecie Oksfordzkim.