Дроны, облако и ИИ для защиты австралийской квокки

Квокка – короткохвостые сумчатые животные, обитающие на острове Роттнест и похожие на мини-кенгуру, которые также скачут на задних лапах и носят своих детенышей в кармане. У них пухлые щечки, ушки торчком, большие коричневые глазки и маленькие ротики, которые, как кажется, постоянно улыбаются. Эти пушистые очаровательные малыши обладают невероятной харизмой.

Но быть обожаемой супермилашкой вовсе не означает быть в безопасности.

Международный союз охраны природы классифицировал их как «находящиеся под угрозой вымирания» и внес в Красную книгу среди других 28 000 исчезающих видов.

Ученые стремятся получить как можно больше информации об этих животных и поэтому обращаются за помощью к цифровым технологиям. Их научный интерес направлен сейчас на Роттнест, маленький остров недалеко от Перта, столицы Западной Австралии, и одно из немногочисленных мест, где квокка чувствует себя вполне комфортно.

В отличие от сотен тысяч туристов, посещающих остров ежегодно, ученые не делают селфи с этими дружелюбными сумчатыми размером с кошку.

Вместо этого, они собирают помет квокки, а точнее, их интересует ДНК, содержащаяся в этом помете.

Сохранение биологического разнообразия – одна из главных проблем, стоящих перед учеными на сегодняшний день.

– Дженифер Маршман, главный инженер, Microsoft AI for Earth

Не так давно компания Microsoft выделила Университету Западной Австралии грант AI for Earth. Грант предназначен для исследования квокки на основе инновационных методов, способных ускорить изучение вымирающих видов флоры и фауны по всему миру. Команда ученых университета планирует запустить в работу пилот, который наряду с высокопроизводительными облачными вычислениями позволит мониторить исчезающие виды быстрее и дешевле с помощью дронов для поиска помета.

«Дрон для поиска помета имеет встроенный зонд для анализа ДНК. Он может летать вокруг острова в поисках образцов и проводить анализ в реальном времени, – комментирует доцент Университета Западной Австралии Парвиндер Каур, руководящий исследовательской работой. – Эта первичная информация может быть секвенирована, и с помощью машинного обучения и искусственного интеллекта можно проводить дальнейший анализ в облаке».

Проект по изучению квокки – это часть инициативы, предложенной DNA Zoo, всемирной организацией, куда входят 55 участника из 8 стран. Целью проекта является использование новых цифровых технологий и строгого научного подхода, что должно замедлить, а возможно, когда-то и полностью остановить, исчезновение видов на планете.

По оценкам ООН около 1 млн видов животных и растений находятся сейчас на грани вымирания. Задача, которую ставят перед собой ученые, состоит в изучении сложных механизмов и факторов, стоящих за этим процессом, чтобы постараться предотвратить катастрофу, грозящую планете. Для этого им необходимо много данных, и, что не менее важно, возможность обрабатывать и анализировать большие данные в глобальном масштабе.

«Это классический вызов, связанный с большими данными, – объясняет доктор Каур, который является директором австралийского отделения DNA Zoo. – Геном одного млекопитающего может занимать 3,2 гигабайта»

«Чтобы достаточно точно расшифровать геном, его необходимо прочитать не менее 50 раз, что поставит перед нами задачу обработки и хранения 172 ГБ на одну особь. А теперь помножьте это число на целую популяцию исследуемого вида, и вам станет понятен масштаб вычислительной и аналитической проблемы».

«Мы надеемся, что с применением мощности суперкомпьютера, облака Microsoft, искусственного интеллекта и машинного обучения, мы сможем автоматизировать и ускорить вычисления геномных наборов и последующий детальный анализ».

С грантом AI for Earth ученые DNA Zoo будут использовать облачные вычисления, что позволит демократизировать вычисления геномных наборов в мировом масштабе. Кроме того, новые инсайты, полученные в результате этой вычислительной работы, будут помогать защите и сохранению биологических видов, находящихся на грани вымирания.

Важно отметить, что данные, собираемые программой DNA Zoo, являются данными с открытым исходным кодом. Когда вместе с другими данными с открытым кодом они попадают в общий информационный фонд, машинное обучение получает возможность обнаруживать в них паттерны, которые в свою очередь дадут новое понимание ситуации в области состояния здоровья популяций изучаемых видов.

Благодаря возможностям сравнительной геномики ученые могут исследовать ДНК биологических видов или популяций под угрозой исчезновения и затем сравнивать их с теми видами, которые прекрасно себя чувствуют и размножаются в той же самой или похожей среде обитания. Это позволяет получить знания, как замедлить или даже обратить вспять падение численности популяций.

Помимо других задач исследователи занимаются поиском генетических ключей, способных объяснить, почему квокки хорошо размножаются на Роттнесте и плохо на материковой части Западной Австралии, расстояние между которыми составляет всего 22 км.

До того как европейцы начали заселять эту часть Австралии менее двух веков назад, квокка была распространена на континенте. Но на сегодняшний день популяция этих животных на материковой части значительно сократилась. Эти виды встречаются только на небольших территориях, разбросанных по континенту, и двух прибрежных островах, включая Роттнест. Там эти животные вне досягаемости хищников, которые были завезены с других концов света, такие как дикие кошки, собаки и лисицы, а также защищены от потери среды обитания вследствие урбанизации и сельскохозяйственной деятельности.

Мишель Рейнольдс, исполнительный директор управления острова Роттнес, говорит, что островная популяция квокки – важная цель охранной деятельности. «Мы признательны за поддержку, оказываемую нам компанией Microsoft, DNA Zoo и Университетом Западной Австралии, которые совместными исследовательскими усилиями способствуют сохранению этого вида живой природы», – говорит она.

Изучение квокки – это только начало обширной научной деятельности DNA Zoo Australia, в чьи планы входит исследовательская работа над 40 видами млекопитающих, наиболее подверженных риску вымирания.

«За последние 200 лет мы потеряли более 30 видов, – говорит доктор Каур. – Сейчас наступил критический момент, когда мы просто обязаны активно действовать и присоединиться к глобальным инициативам. С применением геномных ресурсов такое сотрудничество позволит дать больше возможностей для выживания и развития уникальных австралийских видов растений и животных».

Дженифер Маршман, главный инженер Microsoft AI for Earth, считает, что «сохранение биоразнообразия – это один из самых насущных вызовов нашего времени, который стоит перед учеными».

«Искусственный интеллект в руках ученых поможет обнаружить в больших данных ценные инсайты, которые будут незаменимы для разрешения важнейших проблем, связанных с водой, сельским хозяйством, биоразнообразием и изменением климата», – комментирует Дженифер.

«AI for Earth – это не просто гранты. Microsoft помогает вывести революционные решения на уровень промышленного масштаба и предлагает API решения с открытым кодом, чтобы организации и компании по всему миру смогли достичь большего».