Aplink Antarktidą prisišvartavęs yra laisvas pasyvių akustinių stebėjimo prietaisų arba PAM žiedas, kurį dislokuoja įvairios akademinės institucijos. Okeanografinių tyrimų laivų išleisti prietaisai nugrimzta į jūros dugną, kur užfiksuoja atokią ir dažnai priešišką sritį, kuri mokslininkams praktiškai nepasiekiama. Maždaug po metų grįžtantis laivas paleidžia užkoduotą pranešimą, kuris suveikia belaidį paleidiklį ir išlaisvina PAM įrašą į paviršių.
Jie klauso Antarkties mėlynojo banginio – didžiausio žinduolio Žemėje ir labai nykstančio.
Kodėl mes tai rašėme
Antarkties mėlynuosius banginius sunku rasti, bet lengviau išgirsti. Sutelkdami dėmesį į jų garsus, mokslininkai bendradarbiauja ir naudoja dirbtinį intelektą, kad sužinotų apie didžiausius Žemės žinduolius.
„Jų pastebėta nedaug, tačiau jie skleidžia tikrai garsų garsą, kurį galima aptikti tikrai dideliuose diapazonuose“, – sako Brianas Milleris, jūrų žinduolių akustikas iš Australijos Antarkties skyriaus Kingstone (Australija).
PAM yra puikus būdas geriau juos pažinti ir galbūt gauti naujų įžvalgų apie jų populiacijas ir migraciją. Dr. Milleris sako: „Atrodo, kad klausytis šių gyvūnų gali būti geresnis pasirinkimas stebėti jų atsigavimą ir būklę… nei išleisti daug pinigų, norint išsiųsti daugybę laivų su vizualiais stebėtojais jų ieškoti“.
Pietų vandenyno ledo lentynose ir žieduose aidi didžiausio kada nors šioje planetoje gyvenusio gyvūno – Antarkties mėlynojo banginio – giesmės. Šios melodijos, pasakojančios apie krilių medžioklę, navigaciją ir gundymą, gali nukeliauti šimtus mylių.
Ir pasaulis klauso: aplink Antarktidą prisišvartavęs yra laisvas pasyvių akustinių stebėjimo prietaisų arba PAM žiedas, kurį dislokuoja įvairios akademinės institucijos. Okeanografinių tyrimų laivų išleisti prietaisai nugrimzta į jūros dugną, kur užfiksuoja atokią ir dažnai priešišką sritį, kuri mokslininkams praktiškai nepasiekiama. Maždaug po metų grįžtantis laivas paleidžia užkoduotą pranešimą, kuris suveikia belaidį paleidiklį ir išlaisvina PAM įrašą į paviršių.
„Idėja yra ta, kad šie gyvūnai tikrai retai sutinkami kelionėse vandenyne, atliekant vizualinius tyrimus. Jų pastebėta nedaug, tačiau jie skleidžia tikrai garsų garsą, kurį galima aptikti labai dideliuose diapazonuose “, – sako Brianas Milleris, Australijos Antarkties skyriaus Kingstone, Australijoje, akustikas.
Kodėl mes tai rašėme
Antarkties mėlynuosius banginius sunku rasti, bet lengviau išgirsti. Sutelkdami dėmesį į jų garsus, mokslininkai bendradarbiauja ir naudoja dirbtinį intelektą, kad sužinotų apie didžiausius Žemės žinduolius.
Po to, kai pramoninė banginių medžioklė XX amžiuje sunaikino 99 % mėlynųjų banginių populiacijos, 1966 m. Tarptautinė banginių medžioklės komisija uždraudė medžioklę. Kritiškai nykstantis Antarkties mėlynasis banginis yra didžiausia rūšis, kai kurie siekia 110 pėdų ilgio ir 330 000 svarų. Mokslininkai skaičiuoja, kad liko apie 3000 individų. Ir nors mėlynieji banginiai gali būti gerai žinomi, jie nėra gerai suprantami.
PAM yra puikus būdas geriau juos pažinti, sako dr. Milleris sako. „Atrodo, kad klausytis šių gyvūnų gali būti geresnis pasirinkimas stebėti jų sveikimą ir būklę… nei išleisti daug pinigų, norint išsiųsti daugybę laivų su vizualiais stebėtojais jų ieškoti.
Abi lytys gamina tai, ką tyrėjai žymi „D“, tokius kaip šie, kurie, kaip manoma, naudojami socialiniams kontaktams, ypač ieškant maisto. Čia triukšmas pagreitėja aštuonis kartus. Rekomenduojamos ausinės. (Šio ir vėlesnio garso įrašo nuopelnas: Brianas Milleris / Australijos Antarkties skyrius)
Kai PAM įrašas grįžta į savo laboratoriją, analitikai ieško garsų, kurie gali padėti nustatyti mėlynojo banginio migracijos kelius ir populiaciją, taip pat naujų įžvalgų apie jo gyvenimą. Ir vis dėlto, norint išgirsti metus, reikia ir… metų klausytis.
Kad išspręstų sudėtingą užduotį iššifruoti tokį didžiulį duomenų rinkinį, cetologai bendradarbiavo su kompiuterių mokslininkais, kad sukurtų pasirinktinius programinės įrangos algoritmus – instrukcijas, pagrįstas ankstesnių banginių garsų modeliais, įrašytais į kompiuterio kodą, kurie gali greitai nuplaukti per duomenų vandenynus iki namų. banginių skambučiais. Atsižvelgiant į ribotus išteklius ir įvairius tokiam darbui reikalingus įgūdžius, šie pagal užsakymą sukurti programinės įrangos paketai gali būti tik iš dalies veiksmingi arba prastai paskirstyti tarp tyrėjų.
Taigi, norėdama sutelkti išteklius, suvienyti tarptautines pastangas ir pateikti daugybę įrašų, skirtų automatizuotiems Antarkties mėlynųjų banginių (ir kitų susirūpinimą keliančių rūšių) tyrimo algoritmams išbandyti, mokslo bendruomenė plečia savo pastangas. Akustinių tendencijų darbo grupė, finansuojama per Tarptautinę banginių medžioklės komisaro Pietų vandenyno tyrimų partnerystę, sukūrė internetinę atviros prieigos Akustinių tendencijų anotuotą biblioteką.
Dr. Milleris, dirbęs projekto koordinatoriumi ir pagrindiniu biblioteką skelbiančio dokumento autoriumi, dirbo su kolegomis, kad surinktų 2000 valandų akustinių duomenų iš penkių tautų, atspindinčių penkis atskirus metus ir instrumentus kiekviename iš keturių aplinkinių Antarkties regionų. Be to, būrys aukštos kvalifikacijos analitikų, turinčių didelę patirtį identifikuojant banginių šauksmus, padarė 105 161 komentarą, nustatantį garso tipus, trukmę ir dažnius. Suskirstyti į valandos trukmės blokus, įrašai buvo konvertuoti į standartinį .wav garso formatą ir sujungti su anotuotais tekstiniais failais.
Pelekinių banginių „žemyn slinkimo“ natos: šie pasikartojantys garsai sudaro dainą, kurią veisimosi sezono metu skleidžia tik patinai.
Nors mėlynojo banginio šauksmas gali viršyti 180 decibelų – garsiau nei reaktyvinio lėktuvo riaumojimas – dauguma jų garsų yra infragarsiniai, o tai reiškia, kad jų garso bangų dažnis nukrenta žemiau žmogaus klausos slenksčio. Taigi, norėdami „išgirsti“ mėlynąjį banginį, analitikai stebi jo garsus įvesdami įrašus į spektrogramų programinę įrangą, kuri savo ruožtu garso signalus paverčia dvimačiais bangų vaizdais kompiuterių ekranuose.
„Tai gana sudėtinga“, – apie anotavimo procesą sako Emmanuelle Leroy, bioakustikė, padėjusi kurti skaitmeninę biblioteką. Ji sako, kad žymėjimo ribų ir skambučių dažnių skirtumai būdingi anotatoriams ir net vienam asmeniui kartojant darbą. Netinkamai pažymėjus garsą, algoritmai gali aptikti klaidingus teigiamus rezultatus arba visiškai negirdėti banginių garsų.
Kadangi biblioteka siekia pateikti „pagrindinės tiesos“ duomenų rinkinį, kad mokslininkai visame pasaulyje galėtų išbandyti savo algoritmus, komanda sukūrė griežtus anotacijos parametrus. Dr. Leroy sako, kad jai patinka žiūrėti akustinius duomenis, tačiau laikas, kurį ji praleido, buvo apmokestinamas. „Žinoma, tu svajoji [annotating] per naktį “, – juokiasi ji. – Visur matosi .wav vokalizacijos.
Foniniai trukdžiai, tokie kaip keistas poliarinio ledo verkšlenimas ir trūkinėjimas, yra dažni įrašuose, tačiau taip pat svarbūs treniruojant algoritmus, siekiant įveikti jūros klegesį ir nustatyti tikslinius garsus. „Tai priklauso nuo įvairovės. Jei norite analizuoti skirtingus duomenų rinkinius, turite išmokyti savo algoritmus naudoti skirtingus duomenų rinkinius “, – sako dr. Mileris.
Akustinę biblioteką jau naudoja Čilės Konsepsjono universiteto mokslininkai, norėdami palyginti mėlynųjų ir pelekų banginių garsus laikui bėgant ir skirtingose vietose. O Shyam Madhusudhana, Kornelio universiteto Lisa Yang išsaugojimo bioakustikos centro doktorantas, naudoja biblioteką kurdamas pasaulinį banginių garso detektorių, kurį naudodami mokslininkai gali tiesiog įtraukti savo duomenų rinkinius, kad greitai atpažintų skambučius. Jis taiko giliai besimokančią kompiuterinę programinę įrangą, kad sukurtų detektorių.
Dr. Kate Stafford / Oregono valstijos universiteto sutikimu
Jau sėkmingai automatinis kalbos atpažinimas, gilus mokymasis imituoja žmonių mokymosi būdą. Naudojant vis sudėtingesnių skaičiavimo sistemos mazgų, vadinamų dirbtiniais neuroniniais tinklais, sluoksnius, ši technika sintezuoja duomenis nuolatinių pavyzdžių pavidalu, o ne tiesine instrukcija, kad gautų atsakymą. Šis metodas, kuris turėtų tiksliau identifikuoti banginių skambučius per atstumą ir audringus garsus, reikalauja didžiulės mokymo duomenų talpyklos. Taigi banginių akustinė biblioteka, kurią dr. Madhusudhana sako, kad yra „gyvybiškai svarbus šiai sričiai“.
Skirtingai nuo kitų banginių šeimos gyvūnų, tokių kaip kuprotasis banginis su įvairiais dažnesniais aimanais, riksmais ir dumplėmis – ir kuriuos dr. Milleris vadina „banginių pasaulio džiazo improvizacinius dainininkus“ – mėlynieji banginiai skleidžia paprastesnius garsus, kuriuos galima suskirstyti į dvi klasifikacijas su pagrindinių vienetų ir frazių deriniu. Tik patinai dainuoja, tikriausiai norėdami pritraukti draugą, o abi lytys skambina „D“ skambučiais, kurie, kaip manoma, naudojami socialiniams kontaktams. Dr. Milleris mėlynojo banginio garsus vadina „ritmo sekcija“.
Pasikartojantis „Z“ skambutis: Antarkties mėlynojo banginio repertuare yra tik keli garsai. Šis skambutis (pavadintas „Z“ dėl vizualiai perteikto garso modelio) perauga į dainą, kurią dainuoja tik vyrai.
Ir vis dėlto, nepaisant viso svorio ir skambesio, gyvūnas tebėra mįslė. „Mėlynieji banginiai yra tikrai paslaptingi“, – sako dr. Mileris. „Šimtai tūkstančių jų buvo nužudyti banginių medžioklės metu, ir mes tiek mažai apie juos sužinojome. … Mes vis dar iki šiol nežinome, kur yra Antarkties mėlynųjų banginių veisimosi vietos.
Dr. Leroy’us, kuris dabar yra Reunjono saloje Indijos vandenyne ir tyrinėja vietinių banginių šeimos narių vokalinį repertuarą, sutinka su paslaptimi. Nors ji sako, kad akustika yra gyvybiškai svarbi priemonė suprasti sezoninius ir geografinius Antarkties mėlynojo banginio judėjimus, vis dar reikia daug ko išmokti.
„Esame akli“, – sako dr. Leroy. „Mes matome dainas, bet esame akli“.