Коста-Рика спасает лесные экосистемы, прислушиваясь к ним

Моника Ретамоса как раз меняла батарейки в магнитофоне, когда впервые услышала колокольчика. Стоя на лесной подстилке, она посмотрела на деревья, сканируя источник его металлического и мощного звука , ища птицу в течение получаса, но безуспешно. Колокольчик поет с верхушек деревьев, где его видят его сородичи, но невидим для тех, кто ниже. Тем не менее, Ретамоса улыбнулась: она заботится об экосистемах в биологическом коридоре AmistOsa в Коста-Рике, слушая их.

В природе живые существа используют звук практически для всего. Они издают звуки, чтобы привлечь партнеров, сообщить о себе, предупредить об опасности, указать путь и помочь в охоте или обороне. Десятилетиями исследователи отслеживали виды с помощью самописцев в руках и продолжают это делать, хотя все чаще используют и дистанционные записывающие устройства. Изучение звуков, издаваемых организмами, известно как биоакустика . Retamosa занимается этой работой уже 10 лет.

Используя биоакустические записи, исследования показали, что некоторые птицы громко кричат, чтобы их услышали в городах, и что детеныши морских черепах общаются из гнезда, чтобы координировать свое вылупление. А когда биоакустика сочетается с другими звуками — теми, которые издают люди, а также естественными звуками ландшафта, такими как шум волн в море, — становится возможным интерпретировать более глубокий экологический смысл. Становится возможным отслеживать изменения в биоразнообразии, обнаруживать угрозы и измерять эффективность стратегий сохранения. Этот более широкий анализ звука известен как экоакустика — и именно эта работа ведется здесь, в Коста-Рике.

Ретамоса работает уже 20 лет в Национальном университете Коста-Рики, в Международном институте охраны природы и управления дикой природой. Она использует биоакустику и экоакустику для исследования звуков этой небольшой страны Центральной Америки, где обитает более полумиллиона видов.

«Звуки были забыты с точки зрения сохранения природы», — говорит Ретамоса. «Большую часть времени мы слышим больше, чем видим. Вероятно, когда в системе происходит нарушение, мы можем обнаружить его раньше по звуку или его отсутствию, чем по другим факторам».

Развитие автоматизированных записей произвело революцию в биоакустике и экоакустике. Теперь исследовательские группы могут вешать датчики, которые записывают фрагменты дня в течение нескольких месяцев подряд, не мешая дикой природе. Ретамосе нравится эта стратегия, потому что она неинвазивна для животных, облегчает поиск ушей на больших территориях и в труднодоступных местах, а иногда помогает обнаружить загадочные виды.

Хотя она предпочитает следить за экосистемами на расстоянии, Ретамосе все равно приходится заходить в глубь леса, чтобы устанавливать регистраторы. Посещения полей увлекательны, но никогда не воскресная прогулка. Она прошла мили по грязи и веткам вместе со своими коллегами Джимми Баррантесом и Рэндаллом Хименесом. Они поднимались и спускались по бесконечным склонам. Однажды она упала и сломала ребра. Но работа не заканчивается установкой: им приходится возвращаться, чтобы заменить батарейки и карты памяти. В других странах для получения данных в реальном времени используют солнечные батареи и интернет; в темных влажных тропических лесах Коста-Рики это по-прежнему делается вручную.

Именно этим и занималась Ретамоса, когда услышала колокольчика. Эта запись является частью проекта по отслеживанию перемещения и распространения этих птиц, которые мигрируют между разными высотами в регионе. Их присутствие может быть функциональным индикатором состояния биологического коридора AmistOsa, который соединяет международный парк La Amistad на границе с Панамой с другими заповедниками на юге Коста-Рики.

Биологический коридор был сформирован проходом диких животных, который появился после принятия Закона о лесном хозяйстве 1990 года, который защищал дикие территории и поощрял лесовозобновление на фермах за счет платежей за экологические услуги. В 2010 году он был официально нанесен на карту. Сегодня он проходит через территории коренных народов и пересекает крупнейшие водно-болотные угодья страны. По всей Коста-Рике сейчас проходит 53 коридора, охватывающих 38 процентов ее территории.

Данные проекта помогут комитету, отвечающему за биоразнообразие и природные ресурсы Коста-Рики, принимать решения. «Идея состоит в том, чтобы создать протокол мониторинга, связывающий правительство, сообщества и нас как академическое сообщество, обеспечивая поддержку для анализа и интерпретации», — говорит Ретамоса.

Диктофоны, развешанные в дикой природе, собирают много терабайт данных, поэтому прослушивание каждой записи не представляется возможным. Стремясь сделать это экономически эффективной стратегией, исследователи разработали акустические индексы: математические формулы, которые интерпретируют характеристики экосистемы из записанных звуков. «Они могут отражать акустическую энергию места, активности или частотного разнообразия», — объясняет Ретамоса. Когда она начинала работать в этой области, было всего восемь акустических индексов. Теперь их более 80.

Дисциплина развивается так быстро, что сфера применения этих индексов в настоящее время обсуждается. В некоторых из своих ранних исследований Ретамоса обнаружила, что определенные акустические измерения показывают различия между тропическими и умеренными регионами. Один из самых известных, акустическая сложность — степень вариации и сложная структура биоакустического звука — использовалась в качестве дескриптора разнообразия птиц в умеренных средах. Однако в тропических районах различные исследования показали, что она не отражает видовое разнообразие, а скорее уровень акустической активности; то есть вместо указания на присутствие нескольких видов она, по-видимому, показывает интенсивную вокализацию одной или нескольких птиц.

Тщательный анализ этих индексов может быть использован для выявления здоровья леса. В отчете с Джимми Баррантесом Ретамоса подчеркивает, что измерение акустической энтропии (изменение интенсивности звука во времени и аудиочастотах) и акустического разнообразия помогло им классифицировать состояние нарушения некоторых участков, в то время как измерение акустической активности и энергии не помогло. «Вы можете использовать индексы для первого исследования участка, чтобы проводить исследования с течением времени, искать конкретные изменения, связанные с человеческим вмешательством, и работать с ключевыми видами», — объясняет она.

У каждого региона есть свои экологические проблемы. В Коста-Рике туризм резко вырос: с 1984 по 1989 год число международных прибытий увеличилось на 37 процентов, с 273 900 до 375 900 посетителей. Но с 1990 года темпы резко возросли: в прошлом году страна приняла 2,6 миллиона туристов.

Этот бум создает проблемы устойчивости. Чтобы решить их, команда Международного института охраны природы и управления дикой природой анализирует звуки внутри и за пределами охраняемых территорий. Одним из ее инструментов является индекс, который измеряет соотношение между биологическими звуками и шумами, создаваемыми человеком.

В последние годы автоматизированное акустическое обнаружение с использованием искусственного интеллекта и машинного обучения произвело революцию в идентификации видов. Раньше для использования ИИ требовались продвинутые навыки программирования, но с появлением доступных интерфейсных моделей он становится все более популярным. Экзоакустика все больше фокусируется на разработке более точных моделей для классификации звуков.

И с помощью этих инструментов становится возможным выделять отдельные виды в звуковом ландшафте. В исследовании ферм, проведенном в рамках проекта Bosque Vivo, реализуемого Национальным фондом финансирования лесов Коста-Рики, исследовательская группа обнаружила, что Hylopezus perspicillatus , вид птиц, чувствительный к нарушению ландшафта, присутствовал только на контрольных участках Национального парка Корковадо и в лесах наиболее сохранившихся ферм.

В Гуанакасте Retamosa также работает над долгосрочным протоколом мониторинга для оценки того, как экосистемы и биоразнообразие реагируют на изменчивость климата. В других странах аналогичные проекты регистрируют надежные исходные данные на участках с минимальным вмешательством человека, которые в будущем можно будет сравнить с современными записями для обнаружения изменений. Хотя хранение всех этих записей обходится дорого, Retamosa считает, что они сформируют бесценный исторический архив, к которому однажды можно будет вернуться, когда технологии позволят провести дальнейший анализ.

Эта статья первоначально появилась на сайте WIRED на испанском языке и была переведена с испанского.