Cum urmărirea castorilor din spațiu poate ajuta zonele afectate de secetă să revină

Pentru prima dată în patru secole, e bine să fii castor. De mult persecutate pentru pielea lor și insultate ca dăunători, rozătoarele care construiesc baraje sunt astăzi salutate de oamenii de știință drept salvatori ecologici. Iazurile și zonele umede ale acestora stochează apă în timpul secetei, filtrează poluanții, oferă habitat pentru speciile pe cale de dispariție și luptă împotriva incendiilor. În California, Castor canadensis este atât de apreciat încât statul a angajat recent milioane pentru restaurarea sa.

În timp ce beneficiile castorilor sunt incontestabile, totuși, cunoștințele noastre rămân pline de lacune. Nu știm câți sunt acolo sau în ce direcție evoluează populațiile lor sau care bazine hidrografice au nevoie cel mai disperat de o infuzie de castor. Puține state le-au cercetat sistematic; Mai mult, multe iazuri de castori sunt ascunse în pâraie îndepărtate, departe de așezările umane, unde sunt aproape imposibil de numărat. „Sunt atât de multe pe care nu le înțelegem despre castori, în parte pentru că nu avem o linie de bază despre locul în care se află”, spune Emily Fairfax, cercetător în castori la Universitatea din Minnesota.

Dar asta începe să se schimbe. În ultimii câțiva ani, o echipă de oameni de știință castori și ingineri Google au predat un algoritm pentru a identifica infrastructura rozătoarelor pe imaginile din satelit. Creația lor are potențialul de a transforma înțelegerea noastră despre acești ingineri cu coadă cu vâsle și de a ajuta statele stresate de climă, precum California, să le ajute revenirea. Și deși modelul nu a fost încă făcut public, cercetătorii deja salivează potențialul său. „Toate eforturile noastre în stat ar trebui să profite de acest instrument puternic de cartografiere”, spune Kristen Wilson, principalul om de știință al pădurii la organizația de conservare Nature Conservancy. „Este cu adevărat incitant.”

Modelul de cartografiere a castorilor este creat de Eddie Corwin, un fost membru al grupului de sustenabilitate imobiliară al Google. În jurul anului 2018, Corwin a început să se gândească la modul în care compania sa ar putea deveni un administrator mai bun al apei, în special numeroasele pârâuri de coastă care trec pe lângă birourile sale din Bay Area. În cursul cercetărilor sale, Corwin a citit Apa: O istorie naturală, de un autor pe nume Alice Outwater. Un capitol s-a ocupat de castori, ale căror zone umede bogate, a scris Outwater, „pot reține milioane de galoane de apă” și „reduce inundațiile și eroziunea în aval”. Corwin, captivat, a devorat alte cărți și articole despre castori și în curând a început să facă prozelitism prietenului său Dan Ackerstein, un consultant în sustenabilitate care lucrează cu Google. „Amândoi ne-am îndrăgostit de castori”, spune Corwin.

Obsesia castorului a lui Corwin a întâlnit o cultură corporativă receptivă. Angajații Google sunt încurajați să dedice timp proiectelor pasionale, politica care a produs Gmail; Corwin a decis că pasiunea lui erau castorii. Dar cum să-i ajuți cel mai bine pe arhitecții cu dinți de cap? Corwin știa că infrastructura castorilor – barajele lor sinuoase, iazurile întinse și canalele cu păianjeni – este adesea atât de epică încât poate fi văzută din spațiu. În 2010, un cercetător canadian a descoperit cel mai lung baraj de castori din lume, un bastion de băț și noroi care se întinde pe mai mult de o jumătate de milă într-un parc din Alberta, consultând Google Earth. Corwin și Ackerstein au început să se întrebe dacă ar putea contribui la cercetarea castorilor prin antrenarea unui algoritm de învățare automată pentru a detecta automat barajele și iazurile de castori pe imaginile satelitare – nu unul câte unul, ci mii la un moment dat, pe suprafața unui întreg stat.

După ce au discutat conceptul cu inginerii și programatorii Google, Corwin și Ackerstein au decis că este fezabil din punct de vedere tehnic. Au întins mâna lângă Fairfax, care câștigase renume pentru a studiu de reper 2020 arătând că iazurile de castori oferă refugii umede, rezistente la foc, în care alte specii se pot adăposti în timpul incendiilor. În unele cazuri, a constatat Fairfax, zonele umede cu castori chiar și-au oprit incendiile. Creaturile erau pompieri atât de talentați, încât ea propusese, pe jumătate în glumă, ca Serviciul Forestier al SUA să-și schimbe mascota de mamifer – la revedere, Smoky Bear, și salut, Smoky Beaver.

Fairfax a fost entuziasmat de ideea cartografierii iazului. Ea și studenții ei au folosit deja Google Earth pentru a găsi baraje de castori pe care să le studieze în zonele arse. Dar a fost un proces laborios, unul care a cerut ore nesfârșite de urmărire a pâraielor alpine pe ecrane în căutarea semnăturii bulboase a unui iaz de castori. Un instrument automat de găsire a castorilor, spune ea, ar putea „mărește numărul de incendii pe care le pot analiza cu un ordin de mărime”.

Cu binecuvântarea lui Fairfax, Corwin, Ackerstein și o echipă de programatori s-au apucat să-și creeze modelul. Sarcina, au decis ei, se potrivea cel mai bine unei rețele neuronale convoluționale, un tip de algoritm care încearcă în esență să descopere dacă o anumită bucată de date geospațiale include un anumit obiect – dacă o porțiune de pârâu de munte conține un baraj de castori, să zicem. Fairfax și câțiva castori amabili de la Universitatea de Stat din Utah au trimis mii de coordonate pentru baraje, iazuri și canale confirmate, pe care cercetătorii Google le-au combinat cu propriile lor imagini de înaltă rezoluție pentru a învăța modelul să recunoască aspectul distinctiv al castorilor. Echipa a furnizat, de asemenea, algoritmului cu date negative — imagini cu pâraie și zone umede fără castori — astfel încât să știe ce înseamnă nu a fost căuta. Ei și-au numit modelul Earth Engine Automated Geospatial Elements Recognition, sau EEAGER – da, ca în „castor nerăbdător”.

A antrena EEAGER să aleagă iazuri de castori nu a fost ușor. Vestul american era plin de trăsături construite de oameni care păreau practic concepute pentru a păcăli un model care caută castori. Drumurile curbate i-au amintit lui EEAGER de baraje întortocheate; marginile rezervoarelor artificiale înregistrate ca iazuri construite de castori. Cel mai derutant, în mod ciudat, au fost cul-de-sacs de cartier, ale căror cercuri de asfalt, înconjurate de fâșii gri de trotuar, aveau o asemănare ciudată cu un iaz de castori marginit de un baraj. „Nu cred că cineva a anticipat că America suburbană era plină de ceea ce un computer ar crede că sunt baraje de castori”, spune Ackerstein.

Pe măsură ce cercetătorii au pompat mai multe date în EEAGER, a devenit mai bine să distingă iazurile de castori de impostori. În mai 2023, echipa Google, împreună cu cercetătorii castori Fairfax, Joe Wheaton și Wally Macfarlane, au publicat o hârtie în Journal of Geophysical Research Biogeosciencesdemonstrând eficacitatea modelului. Grupul a alimentat EEAGER cu peste 13.000 de imagini de peisaj cu baraje de castori din șapte state vestice, împreună cu aproximativ 56.000 de locații fără baraje. Modelul a clasificat peisajul cu precizie – castor îndiguit sau nu – 98,5 la sută din timp.

Acea statistică, desigur, depășește perfecțiunea EEAGER. Echipa Google a optat pentru a face modelul destul de liberal, ceea ce înseamnă că, atunci când prezice dacă un pixel al imaginilor din satelit conține sau nu un baraj de castor, este mai probabil să greșească de partea de a scuipa un fals pozitiv. EEAGER încă necesită ca un om să-și verifice răspunsurile, cu alte cuvinte, dar poate accelera dramatic munca unor oameni de știință precum Fairfax, îndreptându-i către mii de locuri probabile de castori.

„Nu vom înlocui expertiza biologilor”, spune Ackerstein. „Dar succesul modelului face identificarea umană mult mai eficientă.”

Potrivit Fairfax, cazurile de utilizare ale EEAGER sunt multe. Modelul ar putea fi folosit pentru a estima numărul de castori, pentru a monitoriza tendințele populației și pentru a calcula serviciile ecosistemice oferite de castori, cum ar fi stocarea apei și prevenirea incendiilor. Ar putea ajuta statele să descopere unde să reintroducă castorii, unde să vizeze restaurarea pârâurilor și a zonelor umede și unde să creeze zone de conservare. Ar putea permite cercetătorilor să urmărească răspândirea castorilor în Arctica, pe măsură ce rozătoarele se deplasează spre nord odată cu schimbările climatice; sau mișcările lor în America de Sud, unde castorii au fost introduși în anii 1940 și au proliferat de atunci. „Literal, nu putem face față tuturor solicitărilor pe care le primim”, spune Fairfax, care este consilier științific al EEAGER.

Cea mai promițătoare aplicație a algoritmului ar putea fi în California. Statul de Aur are o relație chinuită cu castorii: De zeci de ani, statul a negat în general că specia ar fi nativă, produs secundar al comerțului cu blănuri la scară industrială care a șters castorii de pe Coasta de Vest înainte ca biologii să-i poată cerceta în mod corespunzător. Cu toate că cercetări istorice recente a dovedit că castorii aparțin practic peste tot în California, mulți manageri de apă și fermieri încă îi percep drept neplăceri și le-au ucis frecvent pentru astuparea canalelor rutiere și amestecul în infrastructura de irigații.

Cu toate acestea, acele atitudini profund înrădăcinate se schimbă. La urma urmei, niciun stat nu are nevoie mai mare de serviciile de stocare a apei pentru castori decât California inflamabilă, afectată de secetă și predispusă la inundații. În ultimii ani, datorită lobby-ului neobosit de către o campanie numită Adu înapoi castorul, Departamentul pentru Pește și Faună Sălbatică din California a început să-și revizuiască politicile învechite privind castorii. În 2022, statul bugetat peste 1,5 milioane de dolari pentru restaurarea castorului și a anunțat că va angaja cinci oameni de știință pentru a studia și a sprijini rozătoarele. Și-a revizuit, de asemenea, abordarea oficială a conflictului de castori acordați prioritate coexistenței față de capcanele letale. Și, în această toamnă, departamentul pentru animale sălbatice a mutat o familie de șapte castori pe pământurile ancestrale ale poporului Mountain Maidu — prima eliberare de castori a statului în aproape 75 de ani.

Este potrivit, așadar, că California este locul unde EEAGER va primi primul său test major. The Nature Conservancy și Google intenționează să ruleze modelul în tot statul cândva în 2024, o căutare cuprinzătoare pentru fiecare ultima baraj de castori și iaz. Acest lucru ar trebui să ofere departamentului pentru faună sălbatică al statului o idee bună despre unde locuiesc castorii săi, aproximativ câți are și unde ar putea folosi mai mult. De asemenea, modelul va oferi Californiei date de referință solide cu care poate compara populațiile viitoare, pentru a vedea dacă noile sale politici îi ajută pe castorii să se recupereze. „Când ai imagini care se repetă frecvent, asta îți oferă oportunitatea de a înțelege schimbarea în timp”, spune Kristen Wilson de la Conservancy.

Ce urmează pentru EEAGER după procesul său din California? Principalul lucru, spune Ackerstein, este să-l antrenați să identifice lucrările de castori în locuri noi. (Deși barajele de castori și iazurile sunt destul de asemănătoare în fiecare stat, modelul se bazează, de asemenea, pe indicii de context din peisajul înconjurător, iar un platou cu tufă din Wyoming arată foarte diferit de o pădure de foioase din Massachusetts.) De asemenea, echipa trebuie să dea seama. Soarta pe termen lung a EEAGER: Va rămâne un instrument găzduit de Google? Se transformă într-un produs de sine stătător? Deveniți un serviciu operat de o universitate sau nonprofit?

„Aceasta este provocarea pentru viitor – cum facem acest lucru mai accesibil și mai utilizabil la nivel universal?” spune Corwin. Este posibil ca revoluția castorului să nu fie televizată, dar cu siguranță va fi documentată prin satelit.

Această poveste a apărut inițial pe wired.com.