Мониторить морские загрязнения помогут аурелии
В Институте биологии южных морей имени А.О. Ковалевского РАН создали доступный инструмент для раннего обнаружения загрязнителей в морской воде. Система анализирует, как часто сокращается тело ушастых медуз (аурелий) при плавании.
Частота таких сокращений зависит от химического состава воды, поэтому по ней можно с точностью до 100% выявить посторонние вещества, например нефтепродукты, рассказали Fishnews в пресс-службе института. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в Journal of Marine Science and Engineering.
Планируется, что разработка поможет оперативно отслеживать экологическое состояние портов, прибрежных зон и морских ферм.
Традиционно качество воды контролируют, отбирая пробы для лабораторного химического анализа. Этот метод очень точен, но он не позволяет отслеживать загрязненность в реальном времени, поскольку такие тесты невозможно проводить даже раз в час, обратили внимание в ИнБЮМ. Поэтому в качестве альтернативы ученые стремятся использовать биологические «маркеры» — морских обитателей, очень чувствительных к изменению состава воды.
Специалисты института разработали систему, которая выявляет загрязнители в воде по «живому датчику» — ушастым аурелиям (Aurelia aurita). Эти медузы обитают в водах умеренного и тропического климата, в том числе в Черном и Средиземном морях.
Более ранние исследования показали, что ушастые аурелии очень чувствительны к химическому составу воды — при загрязнении тяжелыми металлами, нефтепродуктами или микропластиком купол этих медуз сокращается иначе, чем в чистой воде. Однако использовать такие пульсации в качестве признака для мониторинга раньше не удавалось, поскольку не было точных автоматизированных систем наблюдения за медузами.
«Мы предлагаем простую и автономную установку, которую можно будет использовать в полевых условиях без дорогостоящего лабораторного оборудования. Согласно идее, сначала в любой интересующей прибрежной зоне специалисты устанавливают аквариум с медузами, через который протекает морская вода. Далее с помощью системы компьютерного зрения и разработанного нами алгоритма они отслеживают поведение этих особей, которое зависит от качества воды», — рассказала руководитель проекта, кандидат географических наук, старший научный сотрудник лаборатории ландшафтной экологии и геоматики ИнБЮМ Елена Вышкваркова.
Чтобы обучить алгоритм, авторы помещали шесть медуз в аквариумы с чистой морской водой и записывали их поведение на видео. На каждом кадре нейросеть находила медузу, определяла ее силуэт и отслеживала сокращения купола и траекторию движения животного. Всего алгоритм анализировал одиннадцать показателей: частоту пульсаций, интервалы между сокращениями, характеристики движения и другие. Затем в аквариумы добавляли небольшое количество дизельного топлива — частого загрязнителя прибрежных вод.
В результате алгоритм научился со 100% точностью различать для каждой медузы «нормальные» (в чистой воде) и «измененные» (после внесения топлива) характеристики движений. Поскольку каждая медуза по-разному реагирует на загрязнение воды (у одной особи купол может начать сокращаться чаще, чем в норме, а у другой — реже), было важно сравнивать изменения в пульсациях из-за загрязнителя не с каким-то средним показателем, а с характеристиками именно той же медузы в чистой воде, подчеркнули специалисты.
Алгоритм безошибочно уловил изменения в поведении у всех шести медуз, когда в аквариум добавили загрязнитель. Это значит, что во время реального мониторинга будет достаточно отслеживать движения всего нескольких особей, чтобы надежно оценить состояние прибрежных вод, отметили в пресс-службе.
«В дальнейшем мы расширим спектр исследуемых загрязняющих веществ. Параллельно мы планируем серии опытов с другими представителями черноморской фауны (в частности, ракообразными). Полученные данные позволят провести сравнительную оценку видов и обосновать выбор наиболее информативного кандидата для внедрения в систему биомониторинга морских акваторий», — резюмировала Елена Вышкваркова.
Читайте также: Ученые выявляют закономерности в миграциях азовских медуз
Больше новостей читайте в телеграм-канале Fishnews.
Теперь мы также в MAX.
Fishnews
