En noviembre de 2018, The New York Times Magazine publicó un artículo llamado Apocalipsis de insectos. Se basó en gran medida en estudios sobre la abundancia de insectos en Europa Central. El artículo llamó mucho la atención, incluida la del Dr. Nico Franz, profesor de la Facultad de Ciencias de la Vida de la Universidad Estatal de Arizona. "No puedo haber sido el único entomólogo (especialista en insectos) que se preguntaba: 'Guau, ¿tenemos siquiera datos para eso en Estados Unidos?'", dijo. Realmente no ha habido en el pasado, pero ahora hay un gran proyecto que intenta recopilar ese tipo de información para el futuro.
Contenido
- Más de dos décadas en desarrollo, 30 años en el futuro
- La gran detección del ratón
- ¿Qué tan verde es este valle?
- Biblioteca de préstamo de líquenes
- En pausa por la pandemia
- Un ecosistema de ecologistas
La Red Nacional de Observatorio Ecológico (NEON) es un grupo de sitios en los EE. UU. donde los ecologistas y las herramientas están recopilando una gran cantidad de datos para tratar de obtener una visión general de
cambio climático, biodiversidad, recursos de agua dulce y otras cuestiones ecológicas complejas. Ha estado en pleno funcionamiento recién desde el año pasado, y luego ocurrió la pandemia. Pero ese está lejos de ser el primer desafío que enfrentará el ambicioso proyecto, y ciertamente no será el último. Se supone que NEON seguirá recopilando datos durante varias décadas más.Vídeos recomendados
Más de dos décadas en desarrollo, 30 años en el futuro
La historia de NEON se remonta a finales de los años 1990 y principios de los 2000, cuando ecólogos y biólogos presionaban por la creación de una red transcontinental. algo parecido a una red de sensores de terremotos, pero por la ecología en lugar de los terremotos. Se acercaron a la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) con la idea y el costo: casi 400 millones de dólares para construir, más millones de dólares al año para su funcionamiento, durante tres décadas. “Es una inversión realmente enorme por parte de la Fundación Nacional de Ciencias, una que realmente no se había visto antes en esta escala dentro de la ecología”, dijo la Dra. Chelsea Nagy, ecóloga terrestre de la Universidad de Colorado. Roca.
El sitio final estuvo en funcionamiento el año pasado, y el intervalo entre la primera idea y la actualidad estuvo plagado de todo tipo de dolores de cabeza. Había problemas de financiación con el congreso, yo fui por encima del presupuesto (terminó costando $460 millones), y supervisión del proyecto cambió de manos. Luego, NSF eligió a Battelle, que dirige varios laboratorios nacionales, para supervisar NEON. El año pasado, la organización despidió a dos miembros del personal de alto nivel, haciendo que otros renuncien. Pero luego, unos meses después, en mayo de 2019, NEON se convirtió en totalmente operacional.
Sin embargo, no fue como si las luces y los sensores se encendieran todos a la vez. Muchos de los 81 sitios de NEON ya llevan años recopilando datos. Hay 81 sitios en 20 dominios, incluidas la tundra y la taiga en Alaska, las llanuras del sur que cubren una buena parte de Texas y los grandes lagos, con un par de sitios en Wisconsin. Estas zonas ecoclimáticas están destinadas a representar los diversos terrenos, ecosistemas y vegetación de los EE. UU.
En cada sitio, se supone que una variedad de tecnología, así como personal de campo, recopilan observaciones sobre las plantas, los animales, el clima, el agua, el suelo y más. Con herramientas y mediciones estandarizadas, los datos deberían ser más fáciles de comparar.
"Si bien Neon no es un experimento (no estamos manipulando bosques o sistemas realizando mediciones a largo plazo), se empieza a ver los ecosistemas como un sistema complejo".
Puede parecer bastante simple, pero la ecología no siempre funciona así. “Una de las cosas de la ecología, históricamente, es que hemos tendido a hacer una pregunta particular en un lugar particular utilizando un conjunto particular de métodos, y luego nadie vuelve a hacer exactamente lo mismo”, dijo el Dr. Ethan White, profesor del Departamento de Ecología y Conservación de la Vida Silvestre de la Universidad de Florida. "Y entonces, cuando las conclusiones a las que llegó un conjunto de artículos difieren de las de otro conjunto, no estamos realmente seguros de por qué esas conclusiones son diferentes".
"Estoy haciendo un metanálisis en este momento y recopilando estudios individuales", dijo Nagy de la Universidad de Colorado. “Y por eso, es realmente difícil analizar los datos que recopilan muchas personas diferentes de muchas maneras diferentes, porque a veces miden cosas diferentes y otras veces miden cosas diferentes. están midiendo lo mismo, pero utilizan un método diferente”. Con NEON, dijo, todo lo recopilado en los sitios se realiza utilizando la misma metodología, lo que facilita la comparar.
Los datos también están integrados espacialmente, es decir, son un conjunto de mediciones recopiladas del mismo sitio. "Lo que le ofrece a un investigador, por ejemplo, incluso en ese sitio, es una forma de integrar todos estos datos", dijo la Dra. Paula Mabee, científica en jefe y directora del observatorio de NEON. A pesar de sus más de 8.000 sensores, NEON no está diseñado para monitorearlo todo.
“Muchos de los sitios NEON se encuentran en lugares donde se eliminan activamente las especies invasoras. Así que ciertamente no nos ayudarán con eso”, dijo el Dr. James Clark, ecólogo de la Universidad de Duke. Nagy está interesada en cómo los incendios forestales afectan a las especies invasoras, pero como los sitios de NEON no se han quemado, no puede incluirlos en su investigación.
La recopilación periódica de datos desde Hawái hasta Puerto Rico pretende responder seis “Grandes desafíos en las ciencias ambientales.”, como por ejemplo cómo los humanos están impactando la biodiversidad y cómo prevenir enfermedades infecciosas para una variedad de especies. En cada sitio se instalan cámaras, trampas y miles de sensores. Los investigadores pueden observar la biogeoquímica, los microbios del suelo, la información de sensores remotos y los datos acuáticos para obtener una idea de cómo interactúan, así como de cómo se manifiestan los cambios en los mamíferos, minerales y microbios.
“Si bien Neon no es un experimento (no estamos manipulando bosques o sistemas realizando mediciones a largo plazo), "Empiezas a ver los ecosistemas como un sistema complejo", dijo el Dr. Ankur Desai, profesor de la Universidad de Wisconsin-Madison. “Todas estas partes diferentes (el ciclo del agua, el ciclo del carbono, las especies que interactúan) cambian. Y esa es la esperanza: que obtengamos suficiente información en suficientes lugares diferentes para darle sentido al mundo que nos rodea”.
La gran detección del ratón
Si te encuentras frente a un pequeño ratón de pelaje marrón; Con un vientre blanco y ojos grandes y oscuros, probablemente no será evidente de inmediato si estás mirando un ratón venado de patas blancas o un ratón venado del bosque. El truco es la longitud de la oreja. Ambas especies se encuentran en la parte superior del Medio Oeste y son cruciales para la investigación del Dr. Michael J. Cramer, subdirector del Centro de Investigación Ambiental de la Universidad de Notre Dame en Wisconsin.
"Sirven como un sistema modelo para ayudar a comprender cómo reaccionan las poblaciones naturales al cambio ambiental, razón por la cual los estudio", dijo. Búhos, halcones, comadrejas y zorros se alimentan de ratones, que también comen plantas y semillas. "Estos ratones están justo en el medio de la red alimentaria", dijo Cramer. Su presencia afecta no sólo a los animales que los comen, sino también a las especies de árboles que dependen de ellos para dispersar sus semillas. Luego está la competencia, como las ardillas y las ardillas listadas, que comen algunos de los mismos recursos.
"Si tienes una población sana de ratones, eso generalmente es indicativo de un sistema que funciona bien, en términos de la dinámica del bosque", dijo Cramer. Atrapa a los ratones, los etiqueta, los libera y los vuelve a capturar para tener una idea de cuántos hay en los bosques que se extienden a lo largo de la cima de Wisconsin y hasta la Península Superior de Michigan.
El área es bastante remota, lo que probablemente sea bastante agradable para los ratones, pero no necesariamente tan útil para todas las preguntas que Cramer espera responder. "Estamos rodeados por tres lados por bosques nacionales, por lo que no somos un sistema dominado por los humanos", dijo. Pero NEON también está atrapando y liberando a estos ratones en otro sitio, llamado Treehaven, aproximadamente a una hora y media en coche. “Puedo mirar sus datos, basándome en las observaciones que he hecho en un entorno relativamente prístino, y luego compararlos con los datos de NEON que se recolecta en ambientes no prístinos y trato de sacar algunas conclusiones sobre cómo creo que están respondiendo los ratones a nivel de especie”, dijo. dicho.
Aunque se trata de ratones de bosque (no del tipo que normalmente se encuentra en una casa, dijo Cramer), sigue siendo importante realizar un seguimiento de ellos para la salud humana. Son reservorios de la enfermedad de Lyme. "No están propagando la enfermedad de Lyme, pero la mantienen en esa población", dijo. Y estos ratones se encuentran en muchos estados de EE. UU. Si Cramer quisiera hacer algunas comparaciones entre los Yooper Para los ratones y los de otras regiones, necesitaría una gran subvención y un ejército de estudiantes de posgrado, dijo.
En cambio, "puedo utilizar datos de otros sitios y otros tipos de hábitat y otros biomas y también intentar hacer comparaciones sobre lo que creo que están haciendo los ratones utilizando los datos de NEON", dijo. "Me permite ampliar mis inferencias a escalas mucho mayores".
Si bien el enfoque de Cramer es bastante poco tecnológico – “No tengo dinero para comprar tantos collares de radio pequeños para cada ratón”, dijo – los sitios NEON sí tienen muchas herramientas.
¿Qué tan verde es este valle?
A intervalos regulares, NEON vuela con un avión sobre sus numerosos lugares. A bordo del avión hay cámaras, lidar y espectrómetros de imágenes. Los espectrómetros proporcionan Imágenes hiperespectrales, que son de alta resolución y capturan luz que el ojo humano no puede ver. Es un poco como poner un filtro de color en una cámara, pero para cientos de colores. Ethan White intenta determinar las especies de árboles basándose en estas imágenes hiperespectrales.
Dependiendo de su color, las hojas reflejarán y absorberán diferentes longitudes de onda de luz. Si trazas la reflectancia de todos los colores de la luz, obtienes un espectro. Medir ese espectro en cada píxel de la imagen revela diferentes rasgos de las hojas, como la cantidad de nitrógeno o fósforo. Una cámara típica capturará la luz en el espectro visible (o rojo, verde y azul). Una imagen hiperespectral proviene de un dispositivo que registra 426 bandas espectrales. "Puede permitirnos ver diferencias entre plantas, en particular, desde arriba", dijo White, de la Universidad de Florida. "Eso sería difícil de ver si todo se ve verde, pero podríamos ver grandes diferencias entre dos cosas que eran verdes usando información diferente de esa imagen hiperespectral".
Ser capaz de ver diferencias de color detalladas entre las hojas de un roble pavo y un roble vivo requiere archivos de imagen enormes. "Estamos trabajando con terabytes y terabytes de imágenes", dijo White. "Estamos haciendo grandes cantidades de computación muy intensiva en el centro de computación de alto rendimiento de la Universidad de Florida, al que llaman HiPerGator, porque aquí nos gustan mucho los caimanes".
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¡No es sólo bonito, es informativo! Imagen de la Plataforma de Observación Aérea (AOP) de NEON sobre el sitio de campo de Yellowstone (YELL).⠀ ⠀ Lidar, o "Light "Detection and Ranging", es un sistema activo de detección remota en el que se emite luz desde un láser que se dispara rápidamente a bordo de un aeronave. Esta luz viaja hasta el suelo y se refleja en superficies como las ramas de los árboles. La energía de la luz reflejada luego regresa al sensor donde se registra: el lidar mide el tiempo que tarda la luz emitida en viajar hasta el suelo y regresar. Los científicos pueden utilizar datos de teledetección como este para estudiar la estructura de la vegetación en todas las regiones. ⠀ ⠀ Obtenga más información sobre el control remoto de NEON ¡Capacidades de detección, AOP y todos nuestros datos en nuestro sitio web!⠀ .⠀ .⠀ .⠀ #remotesensing #lidar #NEONdata #opendata #NEONscience #research #trabajo de campo
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Aunque White ha estado impartiendo una clase de introducción a la informática para biólogos durante aproximadamente una década, dijo que a un nivel más amplio, su campo aún necesita ponerse al día. "Participar en esto con datos a la escala que ahora produce NEON es algo que es muy desconocido para la mayoría de los ecologistas", dijo. Sin embargo, el tipo de preguntas que White está investigando requieren esa cantidad de datos.
"Una de las cosas que realmente nos interesa es que los procesos que gobiernan los sistemas ecológicos cambian dependiendo de la escala a la que se mire", dijo. Lo que afecta a un árbol individual: la cantidad de luz solar que recibe en función de la altura de sus vecinos, por ejemplo. Por ejemplo, se vuelve menos importante a medida que te alejas cada vez más, también observa un acre, bosque o ecosistema de árboles. Los patrones más amplios de precipitaciones y fluctuaciones de temperatura se vuelven más importantes cuando se comparan los árboles de Florida con los de Nueva York. "Entendemos que estos procesos cambian con la escala, pero en realidad no hemos tenido conjuntos de datos que nos permitan pensar en ello de una manera bastante continua", dijo.
Biblioteca de préstamo de líquenes
En una zona industrial de Tempe, Arizona, hay un edificio bajo de color blanquecino. A pesar de su modesto exterior, en realidad contiene miles de muestras biológicas, tanto de la colección de historia natural de la Universidad Estatal de Arizona como de El biorrepositorio de NEON. En el edificio se almacenarán microbios, escarabajos, mosquitos y muestras de suelo durante los 30 años que NEON funcionará. Aquellos que deben mantenerse fríos se almacenan en un congelador criogénico y ASU también está agregando una instalación de almacenamiento de nitrógeno líquido. La colección de ASU también está en exhibición, con cajas de mariposas, frascos de vertebrados y un piel de oso colgada en la pared. Franz de la Universidad Estatal de Arizona es el director de la colección.
“Estamos absorbiendo aproximadamente 110.000 muestras al año, según la declaración de trabajo que tenemos actualmente con NEON”, dijo, “y alrededor del 70 por ciento "Muchas de esas muestras deben mantenerse frescas". Durante varios meses, la instalación recibió entregas diarias de muestras, a veces varias veces al día. día. Algunos de los sitios de NEON han estado recolectando muestras desde 2013. Si bien almacenar adecuadamente estas muestras es un componente importante de lo que hace el equipo de Franz, también necesitan catalogarlas y rastrearlas. "En realidad, no se supone que seamos la última parada para cada muestra", afirmó Franz. “Al contrario, cierto. Se supone que debemos ser una especie de paso para estas muestras, de modo que se puedan realizar investigaciones adicionales”.
Para hacer NEON portal principal de datos De utilidad para los investigadores, el personal del biodepósito debe ingresar mucha información, basándose en el Estándar Darwin Core. “Esto está relativamente cerca de algo así como un lingua franca, como un estándar ampliamente utilizado a nivel mundial para transferir y anotar datos en relación con especímenes de colecciones de historia natural”, dijo Franz. Su objetivo es proporcionar a los investigadores todo lo que necesitan saber sobre una muestra que no recolectaron ellos mismos: dónde, cuándo y cómo se recopiló; su nombre taxonómico y cómo fue identificado. "También podemos registrar relaciones entre muestras", dijo Franz. "Entonces, por ejemplo, si 'A' es un parásito conocido de 'B', tenemos muestras de garrapatas que fueron tomadas de mamíferos".
Algunas de las solicitudes que ha recibido Franz podrían ayudar con una versión estadounidense de un estudio sobre el apocalipsis de los insectos. La Universidad de Oklahoma está analizando cambios en el volumen de invertebrados en unos 50 sitios, dijo. Están utilizando lo que se llama muestras de trampas de caída. Se dejan vasos de plástico en el suelo durante días o semanas, recogiendo arañas, escarabajos, lombrices y otros invertebrados. A partir de estas muestras, los investigadores pueden extrapolar el número de estos animales en cada sitio, así como su tamaño corporal. Los investigadores ya están viendo diferencias entre varias regiones. "Parece haber tendencias subregionales en este apocalipsis de los insectos que son bastante interesantes", dijo Franz.
En pausa por la pandemia
Tal vez te imagines a un ecologista como alguien sosteniendo un portapapeles y usando botas de goma en medio de un bosque. Quizás su imagen de un sitio NEON sea la de sensores funcionando, sin humanos a la vista. NEÓN tiene 181 productos de datos - colecciones de mediciones como presión barométrica o temperatura infrarroja o concentraciones de CO2 - que emite; 108 de ellos requieren observadores humanos. "Dependemos en gran medida del muestreo observacional", dijo Zoe Gentes, especialista senior en comunicaciones de Battelle, que administra NEON. "Pero además de eso, nuestros sistemas automatizados necesitan mantenimiento".
"Eso es algo que realmente me impactó durante las primeras semanas de COVID", dijo Mabee, científico jefe de NEON. “Simplemente no tenía idea de cuánto mantenimiento se necesitaba para actualizar los sensores y reemplazar sus baterías y cosa." Gentes dijo que muchos de los sensores se han mantenido muy bien, excepto en casos de cortes de energía o inundación. La plataforma de observación aérea de NEON ahora está limitada a ciertas partes de los EE. UU. que no requieren vuelos comerciales, porque NEON no permite que su personal vuele, dijo Mabee. "Este no es un trabajo esencial", dijo. “Es importante para nosotros. Es nuestro trabajo. Pero no es un trabajo esencial”.
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Es un amanecer de #TowerTuesday en la torre de flujo LAJA de NEON en Puerto Rico (2019).⠀ ⠀ La Estación Experimental Lajas (LAJA) está ubicado en el Centro de Investigación y Desarrollo de Lajas, una de las seis Estaciones Experimentales Agrícolas en Puerto Rico. Es parte del Dominio Neotropical Atlántico de NEON (D04). La mayor parte del terreno es propiedad del Recinto de Mayagüez de la Universidad de Puerto Rico. Ubicado en la esquina suroeste de la isla, donde es relativamente árido, el sitio de campo proporciona un excelente contraste con las prístinas condiciones del bosque en el sitio de campo de Guánica (GUAN). Los datos recopilados en LAJA ayudarán a los investigadores a evaluar el impacto de la agricultura y la actividad humana en el ecosistema local y monitorear estos impactos a lo largo del tiempo.⠀ .⠀ .⠀ .⠀ #PuertoRico #sunrise #research #NEONscience #NEONdata #opendata #ecology #ecoscience #science #torredeflujo
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Si bien NEON ha estado buscando formas de hacer que la ecología de campo sea segura durante la pandemia, Mabee cree que sus profesionales podrían darle una segunda mirada al proyecto ahora. “Ciertamente, en tiempos de COVID, creo que la gente se ha sentado frente a sus computadoras y no ha salido demasiado al campo”, dijo. "Y por eso realmente se ha puesto de relieve este tipo de datos".
En los primeros días de NEON, algunos científicos temían que estuviera tratando de reemplazar por completo el trabajo de campo. "Creo que inicialmente etiquetaron mal a NEON porque decían: 'oh, ahora puedes hacer ecología desde tu escritorio'", dijo Cramer, quien ha estado estudiando ratones en Wisconsin. “Y hay una gran parte de ecologistas que dijeron: 'Sí, no es por eso que nos dedicamos a la ecología'. Queremos salir'”.
Otras críticas a NEON fueron que podría conducir a hacer ciencia “al revés””, creando datos y luego buscando una hipótesis. Existía la preocupación de que la NSF Red de Investigación Ecológica a Largo Plazo perdería financiación a favor de NEON. "No ayuda que NEON haya llegado en un momento en el que había mucha angustia por la disminución de la financiación para la ciencia", dijo Clark, de la Universidad de Duke.
El proyecto tardó tanto en despegar por completo que, mientras tanto, toda una nueva generación de ecologistas se estaba incorporando a la disciplina. En el año pasado Sociedad Ecológica de Américareunión anual, Dra. Kyla Dahlin tuiteó: “Cansado de escuchar a viejos gruñones quejarse @NEON_sci? Ven a escuchar a usuarios reales de NEON…”
El ecologista terrestre Nagy ha participado en una formación para garantizar que ningún ecologista se quede atrás. "Creo que ese es uno de los primeros desafíos: asegurarse de que los ecologistas en general tengan las habilidades necesarias para utilizar datos como este", dijo. "Es un recurso realmente interesante porque está disponible de forma gratuita y abierta para cualquier persona, pero es necesario tener este conocimiento sobre cómo utilizar los datos para que sean útiles".
Un ecosistema de ecologistas
"Creo que una de las cosas más interesantes, si no la más, de NEON es el potencial para fomentar la comunidad y una colaboración más amplia dentro de la ecología en general", dijo White. Su grupo está trabajando con investigadores de los departamentos de informática y silvicultura de la escuela en sus proyectos de árboles. Está trabajando para combinar datos de NEON con algunos del programa de Análisis e Inventario Forestal del Servicio Forestal de EE. UU. Al igual que integrar dos conjuntos de datos, crear un equipo con diferentes orígenes científicos requiere crear un vocabulario común.
"NEON ha ayudado a lograr la muy necesaria estandarización de herramientas y mediciones que son cruciales para responder algunas de las grandes preguntas de la ecología".
Incluso fuera de NEON, la ecología se ha ido expandiendo para adaptarse a datos y preguntas más amplios. White lo notó hace una década cuando comenzó a impartir clases de informática. "Ahora hay muchísimos laboratorios que no recopilan datos de campo por sí mismos, sino que simplemente trabajan con datos que pueden obtenerse de productos de teledetección u otros productos de red", dijo Clark. Desai se hace eco de eso. "Es posible que tengamos estudiantes trabajando en sitios de campo que nunca han visto", dijo. "Y eso tal vez sea un poco diferente, incómodo, para algunas personas en ecología".
Desai ha observado el desarrollo de NEON desde dentro y desde fuera. Anteriormente, fue miembro de su Comité Asesor de Ciencia, Tecnología y Educación. Sus sentimientos sobre el proyecto son encontrados. Elogia a los científicos que trabajan allí pero dice que su gestión ha tenido altibajos. NEON ha ayudado a lograr la muy necesaria estandarización de herramientas y mediciones que son cruciales para responder algunas de las grandes preguntas de la ecología. Muchos ecologistas creen que los datos de NEON ayudarán a empezar a responder algunas de esas preguntas.
“Si hablas con la Fundación Nacional de Ciencias, siempre dicen: 'NEON no es la solución'. La biología de macrosistemas es la cuestión'”, dijo Desai. “El neón es la herramienta para hacer realidad esa ciencia. Y si resulta que necesitamos una herramienta diferente dentro de 10 años, que así sea”.
