Laskenta on yleensä kaikkien ekologisten tutkimusten perustana. Tietäminen kuinka monta eläintä ja millaisia elää tietyssä elinympäristössä, on välttämätöntä niiden välisten suhteiden ymmärtämiseksi. Tämän tiedon avulla tutkijat voivat myös määrittää, kuinka tiettyjen lajien populaatiot muuttuvat ajan myötä, ja ekstrapoloida, kuinka ympäristö ja siinä olevat lajit voivat muuttua tulevaisuudessa. Tämä on erityisen tärkeää määritettäessä, onko hoitoa tai säilyttämistoimenpiteitä mukautettava.
Asiaan liittyvä sisältö
- Miksi satelliitit ovat biologien paras ystävä
- Uuden-Seelannin huipulla ollut maailman harvinaisimmat valaslajit
Sen selvittäminen, kuinka monta eläintä tietyssä paikassa on, vaihtelee kuitenkin vaikeuksissa. Meressä asuville olennoille tämä tehtävä tulee entistä vaikeammaksi, kun otetaan huomioon, että valtameri on niin suuri ja pystyy melko hyvin piilottamaan eläimiä syvyyssään. Jopa valtavia nisäkkäitä, kuten valaita, jotka viettävät merkittävän osan ajastaanan valtameren pinnalla, on vaikea laskea. Toisinaan laskut tehdään vain yhdelle henkilölle, joka seisoo maalla tai laivalaiturilla kiikariparilla tai lentää yläpuolella pienessä lentokoneessa ja tekee parhaansa havaitakseen vaikeat valaat.
"Valaiden populaatioita on aina ollut vaikea arvioida", sanoi brittiläisen Etelämanner-tutkimuksen tutkija Peter Fretwell lausunnossaan. "Perinteinen tapa laskea ne ovat paikallisia, kalliita ja puutteellisia."
Mutta entä jos tämä tehtävä voitaisiin sen sijaan automatisoida ja suorittaa suurella merialueella kerralla?
Fretwell ja hänen kollegansa tutkimuksessa ymmärsivät, että ainakin valaiden kannalta erittäin korkearesoluutioiset satelliittikuvat saattavat olla hyödyllinen pikakuvake kyseisten eläinten laskemiseen. Vaikka muutamat aikaisemmat tutkimukset ovat kääntyneet satelliitteihin mahdollisuutena valaiden tutkimiseen, nämä pyrkimykset eivät ole tuottaneet suurta menestystä, lähinnä siksi, että kuvia ei ollut kovin hienostunut. Mutta ryhmän mielestä kuvankäsittelyn tarkkuuden ja tarkkuuden viimeaikaiset edistysaskeleet saattavat riittää uudelleentarkasteluyritysten onnistumiseen.
He päättivät kokeilla tätä ideaa Argentiinan niemimaan Valdesin rannikon edustalla olevassa lahdessa, missä eteläiset oikeat valaat kokoontuvat kasvattamaan. Valaiden kiellon ansiosta aiemmin uhanalaisten eläinten lukumäärä näyttää kasvavan, mutta kukaan ei tiedä oikean valaan todellista populaatiokokoa.
Tänään PLoS One -julkaisussa julkaistussa tutkimuksessa tutkijat analysoivat yhden kuvan, jonka otti WorldView2, satelliitti, joka pystyy kuvaamaan erittäin korkealla resoluutiolla. Heidän hankkimansa WorldView2-kuvan avulla kartoitettiin 40 neliökilometrin suuruinen valtameri ja saatiin kuvia, jotka tunkeutuvat syvemmälle vesipatsaaseen kuin muut tällä hetkellä käytössä olevat satelliitit. Kuva jaettiin kahdeksaan värikaistaan, joiden resoluutio kentällä oli noin kaksi metriä pikseliä kohden, ja valomainen kaista, jonka maanpäällinen resoluutio on 50 senttimetriä.
Valaiden havaitsemiseksi ryhmä kartoitti kuvat ensin manuaalisesti ja käytti sitten kuvankäsittelyohjelmistoa, joka käytti heidän kirjoittamaa valaan tunnistusalgoritmia. Sekä ohjelmisto että tutkijat kavensivat potentiaalisia valaita alaspäin esittämällä kolme kysymystä: Onko valas oikean kokoinen ja muotoinen? Onko se paikassa, jossa valaan odotetaan olevan? Onko kelluvia muita esineitä tai kuvan epäselvyyttä, mikä saattaa tarkoittaa, että valaan näköinen on oikeastaan vain kuplia, kallio tai lintuja?
Näiden kuvien perusteella tutkijat tunnistivat käsin, että he olivat melko varmoja 55 valasta yhdessä 23 muun esineen kanssa, joiden epäiltiin olevan valaita. He havaitsivat pinnan alla vielä 13 mahdollista valaita. He löysivät parhaat tulokset niiden piilotettujen valaiden tarkkailemiseksi, jotka väijyvät aaltojen alla satelliitin viidennen kaistan valospektrin violetissa päässä (400 - 450 nanometriä).
Oikea valas WorldView2-satelliitin kaappaaman valon eri aallonpituuksien kautta katsottuna. (Kuva: Fretwell et al., PLoS One) Tietokone onnistui tunnistamaan 89 prosenttia valaoista, jotka tutkijat olivat kuvanneet käsin käsin. Tietokoneella oli kuitenkin 24 prosentin vääräpositiivinen osuus, mikä tarkoittaa, että se luokitteli asiat valaiksi, joita tutkijoiden määrittämät eivät olleet valaita, kuten veneitä. Ajatuksena on lopulta parantaa tämän algoritmin tarkkuutta, jotta valaiden tutkimuksista tulisi melkein automatisoitu tehtävä.
Tämä tutkimus on todiste konseptityöstä - sellainen, joka esittelee mahdollisen uuden menetelmän. Ryhmä huomauttaa, että heidän on silti tehtävä maalla tehtäviä tutkimuksia selvittääkseen, puuttuuko satelliiteista valaita vai voivatko ne olla puolueellisia kohti tiettyjen valaiden havaitsemista toisia vastaan (esimerkiksi vasikoiden äidit näyttävät joskus hämmentävä möykky kuin erilliset valaan ääriviivat). Maan päällä tehdyt vertailut satelliittikuvan valaalta näyttävästä valaasta merellä todella uimiseen vahvistavat menetelmää entisestään.
"Seuraava haaste on määrittää havaitsemisen todennäköisyydet ja ymmärtää, voidaanko kuvien perusteella saatuja lukuja käyttää luotettavana indeksinä populaation koon tai läsnäolon kannalta", kirjoittajat kirjoittavat. "Tämä artikkeli osoittaa, että satelliittikuvien automatisoitu analysointi voi saavuttaa hyvän vastaavuuden manuaalisten laskujen kanssa, mutta tarvitaan lisää työtä sen varmistamiseksi, että nämä manuaaliset määrät ovat oikeassa suhteessa pintavalaiden todelliseen lukumäärään."
Niiden ottaminen peräkkäin, kun on otettu useita satelliittikuvia, voi auttaa tunnistamaan, mikä on todella valaita ja mikä on paikallaan oleva kivi tai hajoava, ne lisäävät. He myös kirjoittavat, että menetelmä toimii parhaiten rauhallisessa vedessä, joka ei sisällä aaltoja, mikä rajoittaa toistaiseksi sen käytettävyyttä. Lisäksi se auttaa tietämään missä valaat todennäköisesti sijaitsevat, kuten paperissa esitetyssä tapaustutkimuksessa.
Jos menetelmä osoittautuu toteuttamiskelpoiseksi, kirjoittajien mielestä sitä voitaisiin käyttää paitsi oikeiden valaspopulaatioiden arvioimiseen ja seuraamiseen, myös muiden valaslajien lukumäärän laskemiseen. Kun korkealaatuisempia satelliittikuvia tulee saataville tulevaisuudessa, valaiden tutkimisesta avaruudesta tulee toivottavasti entistä tarkempi ja hyödyllisempi työkalu luonnonsuojelijan vyöllä, tutkijat kirjoittavat.
