海洋徵人-每個人都能參加:訓練AI找出健康珊瑚礁

你知道 AI 能幫科學家拯救珊瑚礁嗎?這項新的公民科學(citizen-science)計畫,可以利用你在網路上漫遊的時間,集結網路力量,就能幫助科學家深入了解、甚至修復世界上的珊瑚礁。 圖/Unsplash
你知道 AI 能幫科學家拯救珊瑚礁嗎?這項新的公民科學(citizen-science)計畫,可以利用你在網路上漫遊的時間,集結網路力量,就能幫助科學家深入了解、甚至修復世界上的珊瑚礁。 圖/Unsplash

人工智慧(Artificial Intelligence, AI) 科技是現今的熱門話題,除了協助人們寫文章、程式編碼外,你知道AI還能幫科學家拯救珊瑚礁嗎?這項新的公民科學(citizen-science)計畫,可以利用你在網路上漫遊的時間,集結網路力量,就能幫助科學家深入了解、甚至修復世界上的珊瑚礁。

今年4月初,Google與2位海洋科學家Steve Simpson和Mary Shodipo合作推出Calling in our Corals計畫,期望在一般大眾及AI科技的協助下,利用聲音記錄來判斷、衡量海洋保護區及其他海洋修復計畫成功程度的指標。

由於珊瑚礁是地球的生物多樣性中非常重要的生態系統,也能提供人類及環境許多益處,但卻是地球上面臨最多威脅的生態系統之一。近年來,聲音地景(Soundscape)(註一)被視為一項有潛力的新工具,而這也是 Calling in our Corals計畫中的關鍵工具。

註一:聲音地景Soundscape——是由聲(Sound)音加上景觀(scape)的合成字,強調「聲音」與「環境」的強度關聯性,並將個體發聲的變動作為環境中的一項變因。

珊瑚礁是人類與海洋生物重要的夥伴

有著海洋雨林之稱的珊瑚礁,是地球上生態多樣性最高的地方之一。雖然牠們只佔海底面積的1%,卻支撐著25%的海洋生物,包括魚類、海龜、珊瑚蟲、龍蝦、海綿、海星、蛤蜊等生物生存。此外,許多人類進行商業捕撈的物種,在一部分的生命週期也十分仰賴珊瑚礁環境,對經濟的貢獻可想而知。

珊瑚礁也是天然防波堤,為陸地提供與海洋間的緩沖,吸收97%浪潮的能量;在暴風雨、大浪及洪水來襲時保護海岸線,防止沿海地區海岸線侵蝕、居民的性命及財產安全。據估計,珊瑚礁每年可為全球減少50億美元因風暴造成的損失。

此外,珊瑚礁的美,每年吸引著百萬遊客前往觀賞,為地方帶來經濟繁榮;擁有珊瑚礁地區,每年為全球經濟貢獻約440億美金。珊瑚礁更為全球約10億人提供食物、生計、海岸線保護等重要存在。

面臨人類威脅、棲地快速退化

珊瑚礁的生存受到人為影響的威脅,如沿海開發、沉積物徑流、污染物、入侵物種、管理不善的旅遊業和過度捕撈等,氣候變遷更帶來嚴重的影響。

自1950年代起,牠們在全球的棲息地範圍已經減少了一半。而珊瑚礁棲地的減少直接地導致生物多樣性,以及部分魚類捕獲量的降低;更令人擔憂的是,剩餘的珊瑚礁預計將在未來20年內快速退化。

全球暖化使海洋溫度上升,讓珊瑚白化事件頻發,導致珊瑚死亡或弱化牠們的生長。 圖/Unsplash
全球暖化使海洋溫度上升,讓珊瑚白化事件頻發,導致珊瑚死亡或弱化牠們的生長。 圖/Unsplash

全球暖化使海洋溫度上升,珊瑚蟲長時間暴露於極端溫度,讓珊瑚體內共生藻的數量會開始減少,使之白化。沒有了鮮豔色彩的珊瑚礁,可能讓牠們失去主要食物來源,因而變得更脆弱、更容易生病。

「珊瑚白化」通常會導致珊瑚死亡,或是弱化牠們的生長、繁殖能力,自1980年代起,珊瑚白化事件發生頻率已經增加5倍之多;於此同時,氣候變遷帶來海洋酸化(Ocean acidification)的問題,也可能延緩珊瑚生長且影響牠們的骨骼。

借助大眾與AI力量,幫助珊瑚礁修復

在珊瑚礁生態飽受威脅下,Calling in our Corals計畫正是期望透過科技來協助珊瑚礁修復。海洋科學家們在10個國家/地區中,紀錄下健康珊瑚礁活躍、充滿生命力的聲音。從這些聲音樣本中發現,健康的珊瑚礁會發出嘰嘰喳喳的聲響,就如同高峰時段熱鬧的都市一般;受損的珊瑚礁則發出柔和的聲音,像一個沉睡的村莊。海洋科學家已經收集數百小時的海洋聲音樣本,接下來就需要仰賴大量參與者將資料形塑成可辨識的聲音類別。

Google建置的平台允許任何人登錄,參與者透過聆聽這些聲音樣本,辨別出魚、蝦、其他海洋生物或是人類行為如開採、船隻引擎等的聲音,藉由群眾外包(crowd-sourced data)(註二)的資料,用來訓練AI模型,以大量資料推演出可依循的模式並進行預測。讓科學家能更快地獲得珊瑚礁生物多樣性及活動等訊息,希望能進一步辨別出個別物種。

註二:群眾外包crowd-sourced data,是指透過特定取得資源的模式,可以利用大量的網路使用者,取得所需的服務或想法。

在水中播放健康珊瑚礁的音檔,將有望修復珊瑚礁。在遼闊、開放的海洋中,對於幼魚、珊瑚、無脊椎動物等動物來說,健康珊瑚礁的聲音彷若是一座燈塔,指引這些幼小動物來到珊瑚礁定居,也能加速珊瑚礁的生長和修復過程。

任何人都有機會為珊瑚轉動改變的命運

參與者可以選擇以「公民科學家」的身分參與,點選 Calling in our Corals平台,將會帶領大家逐步進行一場聲音訓練教學,如何辨別魚類、蝦子等海洋生物的聲音,並可反覆練習直到自己擁有信心能擔任聲音辨識的工作。

接下來,你可以選擇一個地點開始你的珊瑚礁聲音之旅,地點有澳洲、印尼、波利尼西亞、馬爾地夫、巴拿買、比利時的北海、佛羅里達群島、瑞典,以及位於加拿大東部最大的海底峽谷保護區(The Gully MPA)。每次將會獲得30秒的珊瑚礁聲音片段,當聽到魚的聲音或是在聲譜圖(spectrogram)(註三)上,看見魚類、蝦類聲音出現的地方都需點擊,整個過程大耗費3分鐘。

註三:聲譜圖spectrogram,經常用來分析頻域的手段,透過圖表呈現、描述訊號中各個頻率如何隨著時間變化的熱圖。

或是,也可以選擇將這樣的聲音經驗作為一種體驗,選擇沉浸在不同水下地點的 360度環繞聲音及視覺的圖像中,了解珊瑚對於海洋生物的重要性;也能透過線上的互動式展覽,進行一場震撼人心的海洋旅程。藉由這個簡單又有趣的體驗,就能幫助珊瑚礁棲地恢復牠美麗的樣貌。


參考資料

Preserving Coral Reefs Through the Power of Listening (and a Little Help From AI) (Triple Pundit)

Google is inviting citizen scientists to its underwater listening room(Popular science)

The Coral Chorus(Google 藝術與文化)


本文授權轉載自《社企流》(原文標題:聆聽海洋的聲音:集眾人與科技之力,讓珊瑚礁裡的樂章延續不斷

延伸閱讀

>>魚蝦也會發聲?科學家號召全球加入水下生物聲音圖書館計畫

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