НЕОН је еколошка опсерваторија вредна 460 милиона долара за САД

У новембру 2018, Тхе Нев Иорк Тимес Магазине објавио је чланак под називом Апокалипса инсеката. У великој мери се заснивао на студијама о обиљу инсеката у средњој Европи. Чланак је привукао велику пажњу, укључујући и онај др Ника Франца, професора на Школи природних наука Универзитета у Аризони. „Не могу да будем једини ентомолог - особа за инсекте - која се питала, 'вау, да ли уопште имамо податке за то у САД?'", рекао је он. Заиста није било у прошлости, али сада постоји велики пројекат који покушава да прикупи такву врсту информација за будућност.

Мрежа Националне еколошке опсерваторије (НЕОН) је група локација широм САД на којима еколози и алати прикупљају мноштво података како би покушали да добију широку слику климатске промене, биодиверзитет, слатководни ресурси и друга сложена еколошка питања. У потпуности је оперативан тек од прошле године - а онда се догодила пандемија. Али то је далеко од првог изазова са којим ће се амбициозни пројекат суочити, а сигурно неће бити ни последњи. НЕОН би требало да настави да прикупља податке још неколико деценија.

Више од две деценије у настајању, 30 година у будућност

Историја НЕОН-а сеже до касних 1990-их и раних 2000-их, са еколозима и биолозима који су се залагали за стварање међуконтиненталне мреже, нешто слично мрежи сензора земљотреса, али за екологију уместо земљотреса. Они су се обратили Националној научној фондацији (НСФ) са идејом и трошковима - скоро 400 милиона долара за изградњу, плус милиони долара годишње за рад, током три деценије. „То је заиста огромна инвестиција Националне научне фондације, она која заиста није виђена раније на ова скала унутар екологије“, рекла је др Челси Нађ, копнени еколог са Универзитета Колорадо Боулдер.

Коначна локација је била постављена и радила прошле године, а прелаз између прве идеје и сада био је оптерећен свим врстама главобоља. Било питања финансирања са Конгресом, то је преко буџета (на крају је коштало 460 милиона долара), и надзор пројекта променио руке. НСФ је затим изабрао Баттелле, који води неколико националних лабораторија, да надгледа НЕОН. Само прошле године, организација отпустио два висока члана особља, наводећи друге да поднесу оставке. Али онда, неколико месеци касније, у мају 2019, НЕОН је постао потпуно оперативан.

Међутим, није било као да су се светла - и сензори - упалили одједном. Многи од НЕОН-ових 81 сајтова већ годинама прикупљају податке. Постоје 81 сајт у 20 домена, укључујући тундру и тајгу на Аљасци, јужне равнице које покривају добар део Тексаса, и велика језера, са неколико локација у Висконсину. Ове екоклиматске зоне треба да представљају различите терене, екосистеме и вегетацију у САД.

На свакој локацији, низ технологије, као и теренско особље, требало би да прикупи запажања о биљкама, животињама, времену, води, земљишту и још много тога. Уз стандардизоване алате и мерења, податке би требало лакше упоредити.

Можда звучи довољно једноставно, али екологија не функционише увек на тај начин. „Једна од ствари у вези екологије, историјски гледано, јесте да смо имали тенденцију да постављамо одређено питање на одређеној локацији користећи одређени скуп метода, а затим нико више никада не уради исту ствар“, рекао је др Итан Вајт, професор на Одсеку за екологију и заштиту дивљих животиња на Универзитету Флорида. „И тако, када се закључци до којих је један скуп радова дошао разликују од другог скупа, нисмо баш сигурни зашто су ти закључци другачији.

„Тренутно радим мета-анализу и прикупљам појединачне студије“, рекао је Наги са Универзитета Колорадо. „За то је заиста тешко анализирати податке које прикупљају многи различити људи на много различитих начина, јер понекад мере различите ствари, а понекад они мере исту ствар, али користе другачији метод." Са НЕОН-ом, рекла је она, све што се прикупља на сајтовима ради се по истој методологији, што олакшава упоредити.

Подаци су такође просторно интегрисани - што значи, то је гомила мерења прикупљених са исте локације. „Оно што пружа истраживачу, на пример, чак и на тој једној локацији, јесте начин да се интегришу сви ови подаци“, рекла је др Паула Мабее, главни научник и директор опсерваторије НЕОН-а. Упркос више од 8.000 сензора, НЕОН није дизајниран да надгледа све.

„Многе НЕОН локације су на местима где се инвазивне врсте активно уклањају. Тако да нам сигурно неће помоћи у томе“, рекао је др Џејмс Кларк, еколог са Универзитета Дјук. Наги је заинтересована за то како шумски пожари утичу на инвазивне врсте, али како НЕОН-ове локације нису изгореле, она не може да их укључи у своје истраживање.

Редовно прикупљање података од Хаваја до Порторика требало би да одговори на шест „велики изазови у науци о животној средини“, као што је како људи утичу на биодиверзитет и како спречити заразне болести за различите врсте. Камере, замке и хиљаде сензора су постављене на свакој локацији. Истраживачи могу да погледају биогеохемију, микробе у земљишту, информације о даљинском детекцији и водене податке да би добили осећај о томе како су у интеракцији, као и како се промене манифестују код сисара, минерала и микроби.

„Док Неон није експеримент – ми не манипулишемо шумама или системима вршећи мерења на дужи рок – почињете да видите екосистеме као сложен систем“, рекао је др Анкур Десаи, професор на Универзитету у Висцонсин-Мадисон. „Сви ови различити делови - циклус воде, циклус угљеника, врсте које су у интеракцији - сви се мењају. А то је нада, да ћемо добити довољно информација на довољно различитих места да схватимо свет око нас."

Одлично откривање миша

Ако се нађете суочени са малим мишем са смеђим крзном; бели стомак и велике, тамне очи, вероватно неће бити одмах очигледно ако гледате белоногог јелена миша или миша шумског јелена. Трик је у дужини ушију. Обе врсте се налазе на горњем средњем западу и кључне су за истраживање др Мајкла Џ. Црамер, помоћник директора у Центру за истраживање животне средине Универзитета Нотре Даме у Висконсину.

„Они служе као моделни систем који помаже да се разуме како природне популације реагују на промене животне средине, због чега их проучавам“, рекао је он. Сове, јастребови, ласице и лисице плене мишева, који једу саме биљке и семе. "Ови мишеви су тачно у средини мреже за храну", рекао је Црамер. Њихово присуство утиче не само на животиње које их једу, већ и на врсте дрвећа које зависе од њих како би распршиле своје семе. Затим постоји конкуренција, попут веверица и веверица, који једу неке од истих ресурса.

„Ако имате здраву популацију мишева, то је генерално индикативно за систем који добро функционише, у смислу динамике шуме“, рекао је Црамер. Он хвата мишеве, означава их, пушта их и поново их хвата да би стекао осећај колико их има у шумама које се протежу преко врха Висконсина до Горњег полуострва Мичигена.

Подручје је прилично удаљено, што је вероватно прилично лепо за мишеве, али није нужно од помоћи за сва питања на која се Црамер нада да ће одговорити. „Окружени смо са три стране националном шумом, тако да нисмо систем којим доминирају људи“, рекао је он. Али НЕОН такође хвата и пушта ове мишеве на другу локацију, звану Треехавен, удаљена око сат и по вожње. „Могу да погледам њихове податке, на основу запажања која сам направио у релативно чистом окружењу, а затим да их упоредим са подацима НЕОН-а који сакупља се у нетакнутим срединама и покушавам да извучем неке закључке о томе како мислим да мишеви реагују на нивоу врсте“, он рекао.

Иако су ово шумски мишеви - а не тип који обично налазите у кући, рекао је Црамер - и даље је важно пратити их за људско здравље. Они су резервоари за лајмску болест. „Они не шире лајмску болест, али је одржавају у тој популацији“, рекао је он. А ови мишеви се налазе у многим државама у САД. Ако је Црамер желео да направи нека поређења између Иоопер мишевима и онима у другим регионима, требао би му огроман грант и армија постдипломских студената, рекао је.

Уместо тога, „могу да користим податке са других локација и других типова станишта и других биома и такође покушам да направим поређења о томе шта мислим да мишеви раде користећи НЕОН-ове податке“, рекао је он. "Омогућава ми да проширим своје закључке на много веће размере."

Иако је Црамеров приступ прилично нискотехнолошки – „Немам новца да купим толико малих, сићушних радио огрлица за сваког миша“, рекао је – НЕОН сајтови имају доста алата.

Колико је ова долина зелена?

У редовним интервалима, НЕОН лети авионом преко својих бројних локација. У авиону су камере, лидар и спектрометри за снимање. Спектрометри обезбеђују хиперспектралне слике, који су високе резолуције и хватају светлост коју људско око не може да види. То је помало као стављање филтера у боји на камеру, али за стотине боја. Итан Вајт покушава да одреди врсте дрвећа на основу ових хиперспектралних слика.

У зависности од њихове боје, листови ће рефлектовати и апсорбовати светлост различитих таласних дужина. Ако мапирате рефлексију према свим бојама светлости, добићете спектар. Мерење тог спектра на сваком пикселу слике открива различите особине листа, попут количине азота или фосфора. Ваша типична камера ће ухватити светлост у видљивом - или црвеном, зеленом и плавом - спектру. Хиперспектрална слика долази са уређаја који снима 426 спектралних опсега. „То нам може омогућити да видимо разлике између биљака, посебно одозго“, рекао је Вајт са Универзитета Флориде. „Било би тешко видети да ли све изгледа некако зелено, али могли бисмо да видимо велике разлике између две ствари које су биле зелене коришћењем различитих информација са тог хиперспектралног снимања.

Да бисте могли да видите детаљне разлике у боји између листова ћурећег храста и живог храста песка, потребне су огромне датотеке слика. „Радимо са терабајтима и терабајтима слика“, рекао је Вајт. „Радимо велике количине веома интензивног рачунарства у рачунарском центру високих перформанси Универзитета Флориде, који они зову ХиПерГатор, јер ми заиста волимо алигаторе овде доле.

Погледајте ову објаву на Инстаграму

Није само лепо – већ је и информативно! Слика са НЕОН-ове ваздушно-десантне посматрачке платформе (АОП) изнад локације Јелоустоновог поља (ИЕЛЛ).⠀ ⠀ Лидар, или „Светло Детекција и домет“ је активни систем даљинског детекције у којем се светлост емитује из брзог ласера ​​на броду авиона. Ова светлост путује до земље и одбија се од површина попут грана дрвећа. Рефлектована светлосна енергија се затим враћа сензору где се снима – лидар мери време потребно да емитована светлост путује до земље и назад. Научници могу да користе ове податке даљинског сензора за проучавање структуре вегетације у различитим регионима.⠀ ⠀ Сазнајте више о НЕОН-овом даљинском могућности сенсинга, АОП и сви наши подаци на нашој веб страници!⠀ .⠀ .⠀ .⠀ #ремотесенсинг #лидар #НЕОНдата #опендата #НЕОНсциенце #ресеарцх #теренски рад

Објава коју дели НЕОН Сциенце (@неон.сци) укључено 13. августа 2020. у 9:30 по ПДТ

Иако Вајт држи уводни час информатике за биологе око деценију, рекао је на ширем нивоу, његово поље тек треба да сустигне корак. „Укључивање у ово са подацима у размерама које сада производи НЕОН је нешто што је већини еколога веома непознато“, рекао је он. Међутим, врсте питања која Вајт разматра захтевају толику количину података.

„Једна од ствари за које смо заиста заинтересовани је да се процеси који управљају еколошким системима мењају у зависности од размере на којој гледате“, рекао је он. Шта утиче на појединачно дрво - количина сунчеве светлости коју добија на основу висине његових суседа, за пример — постаните мање важни док зумирате све даље и даље, такође погледајте хектар, шуму или екосистем дрвеће. Већи обрасци падавина и температурних флуктуација постају важнији када се упореде дрвеће на Флориди са дрвећем у Њујорку. „Разумемо да се ови процеси мењају са скалом, али заправо нисмо имали скупове података који нам омогућавају да размишљамо о томе на прилично континуиран начин“, рекао је он.

Библиотека позајмљивања лишајева

У индустријској зони Темпеа, Аризона, налази се ниска, сивобела зграда. Упркос својој скромној спољашњости, он заправо садржи хиљаде биолошких узорака, како из збирке природне историје Универзитета Аризона, тако и НЕОН биорепозиторијум. Микроби, бубе, комарци и узорци земље биће ускладиштени у згради током 30 година рада НЕОН-а. Оне које треба држати на хладном чувају се у криогеном замрзивачу, а АСУ додаје и складиште течног азота. АСУ-ова колекција је такође изложена, са кутијама лептира, теглама кичмењака и медвеђа кожа виси на зиду. Франз са државног универзитета у Аризони је директор колекције.

“Апсорбујемо отприлике 110.00 узорака годишње, према извештају о раду који тренутно имамо са НЕОН-ом“, рекао је он, „и око 70 одсто тих узорака треба држати на хладном.” Неколико месеци, објекат је добијао свакодневне испоруке узорака, понекад више пута а дан. Неки од НЕОН-ових сајтова су прикупљали узорке још 2013. Иако је правилно складиштење ових узорака важна компонента онога што Франзов тим ради, они такође морају да их каталогизирају и прате. „Ми заправо не би требало да будемо, за сваки узорак, последња станица икада“, рекао је Франц. „Напротив, тачно. Требало би да будемо нека врста пролаза за ове узорке, тако да се могу обавити додатна истраживања."

Да бисте направили НЕОН-ове главни портал података корисно за истраживаче, особље биорепозиторија мора да унесе много информација, на основу Дарвиновог основног стандарда. „Ово је релативно близу нечега попут а неразумљив језик, као широко, глобално коришћени стандард за пренос и означавање података, у односу на примерке колекције природне историје“, рекао је Франц. Намењен је да истраживачима пружи све што треба да знају о узорку који нису сами прикупили: где, када и како је прикупљен; његово таксономско име и начин на који је идентификован. „Такође можемо да забележимо односе међу узорцима“, рекао је Франц. "Дакле, на пример, ако је 'А' познати паразит 'Б', имамо узорке крпеља који су узети од сисара."

Неки од захтева које је Франз добио могли би да помогну са америчком верзијом студије о апокалипси инсеката. Универзитет у Оклахоми разматра промене у обиму бескичмењака на око 50 локација, рекао је он. Они користе оно што се зове узорке замке. Пластичне чаше се остављају у земљи данима или недељама, скупљајући паукове, бубе, кишне глисте и друге бескичмењаке. Из ових узорака, истраживачи могу екстраполирати о броју таквих животиња на свакој локацији, као ио њиховој величини тела. Истраживачи већ виде разлике у различитим регионима. „Чини се да постоје субрегионални трендови ове апокалипсе инсеката који су прилично занимљиви“, рекао је Франц.

Пауза због пандемије

Можда замишљате еколога као некога ко држи клипборд и носи гумене чизме усред шуме. Можда је ваша слика НЕОН сајта сензора који брује, а људи нису на видику. НЕОН има 181 производа са подацима — збирке мерења као што су барометарски притисак или инфрацрвена температура или концентрације ЦО2 — које испушта; За 108 од њих су потребни људски посматрачи. „Огромно се ослањамо на опсервационо узорковање“, рекла је Зое Гентес, виши специјалиста за комуникације у компанији Баттелле, која управља НЕОН-ом. "Али поред тога, нашим аутоматизованим системима је потребно одржавање."

„То је нешто што ме је заиста погодило у првих неколико недеља ЦОВИД-а“, рекла је Мабее, главни научник НЕОН-а. „Једноставно нисам имао појма колико је сензорима потребно за одржавање да се освеже и замене батерије и ствари.” Гентес је рекао да су се многи сензори добро држали, осим у случајевима нестанка струје или поплава. НЕОН-ова платформа за ваздушно посматрање сада је ограничена на одређене делове САД који не захтевају комерцијалне летове, јер НЕОН не дозвољава свом особљу да лети, рекао је Мабее. „Ово није суштински посао“, рекла је. „За нас је то важно. То је наш посао. Али то није суштински посао."

Погледајте ову објаву на Инстаграму

Излазак сунца #ТоверТуесдаи на НЕОН-овом ЛАЈА флук торњу у Порторику (2019).⠀ ⠀ Експериментална станица Лајас (ЛАЈА) се налази у Лајас истраживачком и развојном центру, једној од шест станица за пољопривредне експерименте у Пуерту Рицо. То је део НЕОН-овог Атлантског неотропског домена (Д04). Већина земљишта је у власништву кампуса Универзитета у Порторику Мајагуез. Смештено у југозападном углу острва, где је релативно суво, терен пружа одличан контраст са нетакнутим шумским условима на локацији поља Гуаница (ГУАН). Подаци прикупљени у ЛАЈА помоћи ће истраживачима да процене утицај пољопривреде и људске активности на локални екосистем и прате ови утицаји током времена.⠀ .⠀ .⠀ .⠀ #ПуертоРицо #сунрисе #ресеарцх #НЕОНсциенце #НЕОНдата #опендата #ецологи #ецосциенце #сциенце #флуктовер

Објава коју дели НЕОН Сциенце (@неон.сци) укључено 11. августа 2020. у 9:30 по ПДТ

Док је НЕОН тражио начине да екологију на терену учини безбедном током пандемије, Мабее мисли да би њени практичари сада могли да поново погледају пројекат. „Свакако у временима ЦОВИД-а, мислим да су људи сели за своје рачунаре и нису превише излазили на терен“, рекла је она. "И тако је заиста скренуо пажњу на ове врсте података."

У раним данима НЕОН-а, постојао је страх међу неким научницима да покушава да у потпуности замени теренски рад. „Мислим да су у почетку погрешно брендирали НЕОН јер су говорили „ох, сада можете да радите екологију са свог десктопа“, рекао је Крамер, који је проучавао мишеве у Висконсину. „И постоји велики део еколога који су рекли: ’Да, нисмо зато ушли у екологију. Желимо да изађемо напоље.’”

Друге критике НЕОН-а биле су да би то могло довести до бављење науком „назад,” креирање података, а затим тражење хипотезе. Постојала је забринутост да НСФ Мрежа за дугорочна еколошка истраживања изгубио би финансирање у корист НЕОН-а. „Не помаже то што се НЕОН појавио у време када је било страшно много забринутости због опадања финансирања науке“, рекао је Кларк са Универзитета Дјук.

Било је потребно толико времена да се пројекат у потпуности покрене, да је у међувремену нова генерација еколога долазила у ову дисциплину. На прошлогодишњем Еколошко друштво Америкегодишњи састанак, др Кила Дахлин твитовао: „Уморан сам да слушам како се мрзовољни старци жале @НЕОН_сци? Дођите да чујете стварне НЕОН кориснике…”

Копнени еколог Нађ је био укључен у обуку како би се уверио да ниједан еколог не остане заостао. „Мислим да је то један од првих изазова, само осигурати да еколози генерално имају вештине неопходне да користе овакве податке“, рекла је она. „То је заиста кул ресурс јер је слободно, отворено доступан свима, али морате имати ово знање о томе како да користите податке да бисте били корисни.

Екосистем еколога

„Мислим да је једна од најузбудљивијих, ако не и најузбудљивијих ствари у вези са НЕОН-ом потенцијал за неговање заједнице и шире сарадње у оквиру екологије уопште“, рекао је Вајт. Његова група ради са истраживачима из школског одељења за рачунарство и шумарство на његовим пројектима дрвета. Он ради на комбиновању података НЕОН-а са некима из програма инвентара и анализе шума америчке службе за шуме. Баш као интегрисање два скупа података, стварање тима из различитих научних средина захтева стварање заједничког речника.

Чак и ван НЕОН-а, екологија се шири како би уклопила веће податке и већа питања. Вајт је то приметио пре деценију када је почео да држи часове информатике. „Сада постоји много, много лабораторија које саме не прикупљају никакве теренске податке, већ једноставно раде на подацима који се могу добити од производа за даљинско детекцију или других мрежних производа“, рекао је Кларк. Десаи то понавља. „Можда имамо студенте који раде на теренским локацијама које никада нису видели“, рекао је он. "А то је можда мало другачије - непријатно - за неке људе у екологији."

Десаи је посматрао развој НЕОН-а изнутра и споља. Раније је био члан Саветодавног одбора за науку, технологију и образовање. Његова осећања о пројекту су помешана. Он хвали научнике који тамо раде, али каже да је менаџмент имао успоне и падове. НЕОН је помогао у доношењу преко потребне стандардизације у алате и мерења која су кључна за одговор на нека од великих питања екологије. Многи еколози мисле да ће НЕОН-ови подаци помоћи да се одговори на нека од тих питања.

„Ако разговарате са Националном фондацијом за науку, они увек кажу:„ НЕОН није ствар. Биологија макросистема је ствар“, рекао је Десаи. „Неон је алат за остваривање те науке. А ако се испостави да нам треба другачији алат за 10 година, нека буде тако.