Как биоакустика помогает исследовать животный мир

В прошлом году в Австралии открыли акустическую обсерваторию. Она собирает звуковые ландшафты дикой природы Зеленого континента. Такие аудиозаписи могут дать не меньше информации о животном мире, чем видеоматериалы. Расскажем, как биоакустика помогает ученым искать редкие виды фауны, а простым любителям природы — понять, что они слышат на лесных прогулках.


Фото Free To Use Sounds / Unsplash

Биоакустика — раздел в зоологии, занимается изучением механизмов и способов звуковой связи в животном мире. Специалисты по биоакустике изучают, как звери, насекомые и птицы издают звуки и передают друг другу информацию. Эти исследования помогают наблюдать за животными в их естественной среде обитания, отслеживать развитие и исчезновение видов, решать прикладные задачи — например, отгонять птиц на взлетно-посадочных полосах.

Почему слушать проще


Австралийская акустическая обсерватория (Australian Acoustic Observatory, A2O) — проект на стыке экологии, биологии и компьютерных наук. Ее специалисты записывают звуки в 90 локациях по всему Зеленому континенту, используя несколько сотен высокочувствительных сенсоров. Эта сеть охватила семь широко представленных в Австралии экологических регионов с уникальным сочетанием ландшафтных и климатических условий, специфическим набором животных и растений. На карте A2O есть пустыни и леса, равнины и предгорья, засушливые территории и зоны повышенной влажности.

В таком проекте не обойтись обычными микрофонами. A2O использует 400 профессиональных биоакустических рекордеров с возможностью записи звуковых панорам в формате FLAC. В ясную погоду они питаются от солнца, ночью и при сильной облачности — переходят на автономное энергообеспечение (заряда батарей хватает на 1000 часов записи). Данные пишут на SD-карты повышенной емкости — менять их нужно не реже одного раза в год. Как видно на сайте производителя, устройства пользуются спросом у заповедников, парков и научных учреждений.

На первый взгляд, подобные рекордеры должны функционально проигрывать фотоловушкам и видеокамерам. Но на самом деле для исследовательских целей звук может быть гораздо полезнее, чем самая четкая картинка. Во-первых, объектив «смотрит» только в одном направлении, а микрофон записывает более широкую звуковую панораму. Во-вторых, мелкие животные могут скрыться от камеры в траве, но высокочувствительный рекордер сохранит для исследователей их писк. Ученые умеют восстанавливать по аудиозаписям масштабные полотна, искать на них редких представителей фауны, отмечать взлет и падение численности популяций биологических видов.

Таким образом они смогут исследовать труднодоступные регионы, где раньше экспедиции появлялись на несколько дней в году. Сенсоры A2O дают возможность изучать, как животные мигрируют, реагируют на природные бедствия и менее драматичные события (сюжет о работе обсерватории на австралийском телевидении).

«Мы сможем услышать, как [в какую-то область] прибывают птицы, потому что там появилась вода и на деревьях распустились цветы, — рассказывает один из руководителей A2O, профессор Технологического университета Квинсленда Пол Роу (Paul Roe). — Или, зов лягушек, которые появляются в пустыне после дождя. Обычно мы не можем узнать, что происходит с этими животными, не можем предсказать, когда они подадут голос или где окажутся».

Профессор подчеркивает, что объем собираемых данных несопоставим с тем, который можно получить в рамках традиционных экспедиций: «Это будут записи целых дней, а мы сможем услышать, как за сутки меняются звуки — от пения птиц на рассвете до стрекота сверчков в ночи». Результаты можно будет сравнить год к году, чтобы отслеживать события в разных условиях окружающей среды.


Фото Jaron Nix / Unsplash

Через пять лет, когда проект подойдет к концу, в распоряжении ученых будут аудиоматериалы общей длительностью в 2000 лет — это аудиоархив «континентального масштаба». Чтобы распознать разных участников звуковой панорамы и создать из всего этого многообразия «акустическую ДНК» австралийской дикой природы, ученые будут использовать аналитическое ПО собственной разработки. Затем данные попадут в публичное облако — как на панорамах карт, пользователи смогут выбрать и прослушать любые отрезки на временной шкале (часть аудиозаписей уже доступна).

В особенности под водой


Хотя по охвату территории A2O — одна из самых масштабных инициатив, в истории биоакустики уже есть и другие крупные проекты. Множество работ было посвящено исследованиям подводных глубин, где, как известно, звук распространяется гораздо быстрее, чем по воздуху. По этой причине для многих морских жителей акустика играет даже большую роль, чем для наземных животных.

Еще в 2000 году новозеландские ученые обнаружили, что звуковые волны помогают ориентироваться в океане личинкам пелагических рыб, которые лишь недавно вылупились из икринок. Как выяснилось, эти крохотные существа знают, как «звучит» коралловый риф (место обитания взрослых особей их вида), могут преодолевать десятки километров на пути к цели и противостоять океанским течениям.

Технологии биоакустики также помогают ученым изучать упорядоченный хаос подводных массивов — оценивать объем популяций, определять разные породы рыб, следить за тем, как они борются за выживание. В наши дни пассивное прослушивание считается одним из самых экологически ответственных способов такого мониторинга. Более того, эта техника обеспечивает высокую точность наблюдений — в отличие от глубоководных погружений, которые разрушают барьер между учеными и объектом исследования и не всегда дают верное представление о поведении животных.

Пристань оригинальных умов


Было бы ошибкой думать, будто все эти технологии применяются только в научных исследованиях. Есть и частные проекты для обыкновенных смартфонов в духе «Shazam'a для птиц».


Фото Suzan Kiršić / Unsplash

Но организациями не обязательно тратить сотни долларов на оборудование вроде рекордеров A2O. Исследователи с ограниченным бюджетом могут позволить себе устройства вроде AudioMoth стоимостью $70-75 без SD-карты и батареек — для сравнения, за рекордер Solar BAR из проекта A2O придется заплатить $1300. Обрабатывать аудиоданные можно, в частности, с помощью системы ARBIMON (Automated Remote Biodiversity Monitoring Network) — в ней есть инструменты для анализа и идентификации звуков живой природы. Главное — использовать устройства по назначению и предварительно (еще до принятия решения о заказе чего-либо подобного) обдумать потенциальные сложности, связанные с их доставкой (а еще лучше проконсультироваться со специалистами почты и вашими коллегами, которые могли использовать аналоги).

Тот же AudioMoth помог отслеживать перемещение птиц в Национальном парке Маунт-Кения, найти редкие виды летучих мышей на Кубе и Мадейре: воронкоухи вида Natalus primus считались исчезнувшими, пока ученые не натолкнулись на районы их нынешнего пребывания.

Сами экологи говорят, что порог для входа в мир биоакустики сейчас низок, как никогда. И здесь есть место для любых проектов. Например, можно изучать «разговоры» растений! Именно так — растения тоже испускают звуковые волны, как низкочастотные, так и высокочастотные. Отслеживание и анализ этих сигналов лежит в основе самостоятельной дисциплины — «растительной» биоакустики.

Аудиоданные, которые ученые собирают по всему миру сейчас, представляют огромное поле для последующих экспериментов. И, как отмечает один из руководителей Австралийской акустической обсерватории Дэвид Уотсон (David Watson): «Прелесть [этого проекта] в том, что анализировать исторические данные, которые мы сейчас собираем, станем не только мы, но и будущие поколения ученых — люди, которые, возможно, еще даже не родились».



Дополнительное чтение из нашего «Мира Hi-Fi»:

«Коллеги, дышите потише»: почему офисный шум сводит нас с ума — обсуждаем исследования
Концерт для города с оркестром: кто и зачем записывает звуки повседневной жизни
Как треск костра, скрип дверей и шум становятся музыкой
Карты звуков как способ погрузиться в атмосферу незнакомого города
«Послушай, чтобы найти поломку»: аудиозаписи неисправных индустриальных машин

Источник: habr.ru