«Ушки на макушке»: ушастые медузы помогут следить за чистотой морей
«Ушки на макушке»: ушастые медузы помогут следить за чистотой морей Учёные Института биологии южных морей имени А.О. Ковалевского РАН создали доступный и недорогой инструмент для раннего обнаружения загрязнителей в морской воде. Это система, которая анализирует, насколько 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. Разработка поможет оперативно отслеживать экологическое состояние портов, прибрежных зон и морских ферм. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в Journal of Marine Science and Engineering. Из-за деятельности человека в морскую среду попадают разные загрязнители — нефтепродукты, пестициды, тяжёлые металлы, пластик. Они вредят здоровью морских обитателей и, накапливаясь в тканях рыб и моллюсков, могут оказаться в организме человека. Поэтому важно контролировать чистоту морей, особенно на участках, используемых для купания людей и выращивания морепродуктов. Традиционно качество воды контролируют, отбирая пробы для лабораторного химического анализа. Этот метод очень точен, но он не позволяет отслеживать загрязнённость в реальном времени, поскольку такие тесты невозможно проводить даже раз в час. Поэтому в качестве альтернативы учёные стремятся использовать биологические «маркеры» — морских обитателей, очень чувствительных к изменению состава воды. Специалисты ФИЦ ИнБЮМ 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 Чёрном и Средиземном морях. Более ранние исследования показали, что ушастые аурелии очень чувствительны к химическому составу воды — при загрязнении тяжёлыми 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 ними. «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», — поясняет руководитель проекта РНФ Елена Вышкваркова, кандидат географических наук, старший научный сотрудник лаборатории ландшафтной экологии и геоматики ФИЦ ИнБЮМ. 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 её 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 «изменённые» (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. 🪼 — и медузы науке полезны!