手機(jī)，將普通人喚進(jìn)大自然

趙斌

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展給人類帶來了便利，也將人類與大自然的距離逐漸拉遠(yuǎn)。

如今，更多的年輕人樂意呆在大都市，習(xí)慣“宅”在家里，與大自然愈加生疏。這種現(xiàn)象甚至蔓延到科研領(lǐng)域，許多原本該走進(jìn)大自然的研究者也在不知不覺中更習(xí)慣坐在電腦前工作了。過去60多年來，生物教科書中有關(guān)自然發(fā)展的內(nèi)容已下降了40%，生物標(biāo)本采集也日漸衰落。在歐洲和北美，植物標(biāo)本室的數(shù)量從1990年開始就再也沒有增加過。

一些科學(xué)家對(duì)此憂心忡忡，呼吁博物學(xué)研究者走出去，希望那些學(xué)習(xí)生物的年輕人必須具備觀察和記錄生物學(xué)數(shù)據(jù)的基本技能……

大自然的召喚

然而，僅僅依靠類似搶險(xiǎn)的方式來挽救自然科學(xué)的發(fā)展，似乎并不是一種好的方式。

雖然自然史在生物學(xué)研究中不再受到重視，但分子生物學(xué)、遺傳學(xué)、實(shí)驗(yàn)生物學(xué)和生態(tài)模擬都得到了蓬勃發(fā)展。吊詭的是，這些新興領(lǐng)域的研究最終會(huì)依賴于來自大自然的標(biāo)本和數(shù)據(jù)。由于缺乏來自大自然至關(guān)重要的第一手?jǐn)?shù)據(jù)，科學(xué)研究和政府決策目前正進(jìn)入一個(gè)發(fā)展瓶頸。我們一直都需要通過觀察大自然來充分理解一些事物的來龍去脈。否則，世界上最好的算法也無法準(zhǔn)確指導(dǎo)我們?nèi)バ袆?dòng)。

隨著生物滅絕速率的加快和人們對(duì)全球變化問題的關(guān)注度日益提高，這些知識(shí)顯得愈發(fā)重要。對(duì)自然的觀察有助于對(duì)抗跨物種的傳染病，有助于找到有前途的新藥，有助于管理漁業(yè)和森林等自然資源，最終保護(hù)物種和生態(tài)系統(tǒng)。例如，某些熱帶區(qū)域具有警戒色的食草動(dòng)物所食用的植物，被證明具有對(duì)抗腫瘤細(xì)胞和某些寄生蟲的生物活性。這是因?yàn)闊釒种杏啄鄣娜~子缺乏物理防御機(jī)制，但它們的蛋白質(zhì)含量相對(duì)較高，因此進(jìn)化出很強(qiáng)的化學(xué)防御能力。對(duì)于一些亟待保護(hù)的物種來說，如果我們?nèi)狈?duì)它們的觀察，根本不可能提出任何有實(shí)際價(jià)值的保護(hù)方案。

當(dāng)前，人類改變自然環(huán)境的能力日益增強(qiáng)，也對(duì)生態(tài)預(yù)測(cè)產(chǎn)生了前所未有的巨大需求。對(duì)復(fù)雜自然系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)知是進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)。雖然今天的科學(xué)家建立復(fù)雜系統(tǒng)模型的能力比歷史上任何時(shí)期都強(qiáng)，但是基本信息的收集與數(shù)據(jù)處理情況并不能滿足這些復(fù)雜模型日益增長(zhǎng)的需求。因此，基本自然知識(shí)的缺乏往往限制了預(yù)測(cè)生態(tài)理論的發(fā)展。此外，復(fù)雜環(huán)境系統(tǒng)的行為不能用簡(jiǎn)單的模型加以預(yù)測(cè)，因?yàn)槿狈?duì)現(xiàn)實(shí)條件下生物的經(jīng)驗(yàn)性認(rèn)識(shí)，人們也無法建立起復(fù)雜的系統(tǒng)模型。

走下神壇的博物學(xué)家

如果說，研究天體運(yùn)行或者粒子對(duì)撞機(jī)這類工作距離普通人的生活過于遙遠(yuǎn)，大多數(shù)人也缺乏研究條件；生物學(xué)應(yīng)該是距離普通人最近的科學(xué)研究了；尤其是對(duì)有關(guān)生物行為和生態(tài)系統(tǒng)方面的觀察，幾乎不存在任何門檻。歷史上，那些最早的公民科學(xué)范疇的活動(dòng)，就是從生物觀察與物候記錄開始的。

那么，現(xiàn)在還有沒有博物學(xué)家？他們究竟是什么樣子的？事實(shí)上，那些酷愛觀察復(fù)雜自然界的人們?nèi)匀淮嬖?，只是他們?nèi)缃窈茈y被一眼認(rèn)出。因?yàn)檫@些人不再是攜帶放大鏡的壓花收集者，不再是背著捕蝶網(wǎng)和獵槍的徒步行走者；更重要的是，他們手中攜帶的器械如今只是一臺(tái)智能手機(jī)。他們大多也不將博物學(xué)作為自己的專業(yè)和職業(yè)，而只是業(yè)余愛好者或者公民科學(xué)家。

利用新興的現(xiàn)代化工具，昔日風(fēng)光無限的自然學(xué)科有可能超出孤獨(dú)的精英博物學(xué)家范圍，成為普通人也能參與的一項(xiàng)活動(dòng)。收集、分析和共享自然知識(shí)的壁壘將會(huì)降低。

智能手機(jī)就是最好的應(yīng)用工具之一。作為日益強(qiáng)大的數(shù)字文化最普遍的代表，智能手機(jī)經(jīng)常被視為自然界的終極對(duì)立面；但是，作為工具的現(xiàn)代技術(shù)，既可以阻擋我們的視線，也可以讓我們更接近大自然。人們通過智能手機(jī)能夠獲得更多參與到生物多樣性科學(xué)研究中的機(jī)會(huì)，合作者們能夠通過社交網(wǎng)絡(luò)收集物種信息并及時(shí)更新物種與群落圖。

現(xiàn)在許多網(wǎng)站致力于組織公民科學(xué)項(xiàng)目，尤其是跨學(xué)科項(xiàng)目，有關(guān)自然科學(xué)的項(xiàng)目數(shù)量也正在迅速增加，這些平臺(tái)將社交媒體接口與眾包識(shí)別相結(jié)合，人們?cè)絹碓蕉嗟赝ㄟ^社交媒體、通過眾包和開源數(shù)據(jù)庫來貢獻(xiàn)環(huán)境觀測(cè)量數(shù)據(jù)和地理信息。配備傳感器的手表、平板電腦、手機(jī)以及正在發(fā)展中的更多可穿戴設(shè)備，可以讓公民來監(jiān)測(cè)自然環(huán)境各種參數(shù)的變化。

手機(jī)助你成為博物學(xué)家

利用現(xiàn)代通訊手段，普通人也能成為博物學(xué)家和環(huán)境監(jiān)測(cè)者。

樹葉快照是一款智能手機(jī)應(yīng)用軟件，它可幫助人們從所拍攝的照片中識(shí)別樹種，將普通人變成植物分類學(xué)家。當(dāng)人們將所見的葉子拍攝下來，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將含有地理定位信息的照片上傳至后臺(tái)數(shù)據(jù)庫，并自動(dòng)進(jìn)行匹配。由于同一樹種的樹葉在不同樹齡或不同季節(jié)的形狀并不完全相同，顏色可能也有較大變化，但有些不同樹種的樹葉則可能具有相似的外形。于是，系統(tǒng)根據(jù)匹配情況，反饋出一組與用戶觀察到的植物葉片形狀或其他特征類似的植物，讓用戶來挑選和確認(rèn)?？上У氖?，目前這個(gè)應(yīng)用只針對(duì)美國(guó)東北地區(qū)。但是，隨著用戶數(shù)量的增加，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫會(huì)不斷更新、擴(kuò)大，能夠更好地為生物學(xué)家、環(huán)境保護(hù)工作者提供第一手的研究資料，對(duì)環(huán)境政策制定也會(huì)有所幫助。

對(duì)于植物學(xué)研究，人們可以利用植物的外形特征來進(jìn)行識(shí)別，而對(duì)于動(dòng)物來說，還可以利用其他方面的特征識(shí)別，比如動(dòng)物聲音特征的模式識(shí)別。智能手機(jī)中的“鳥鳴”（Chirp！）應(yīng)用程序就是這樣一款軟件，它可以幫助用戶根據(jù)鳥鳴聲來識(shí)別鳥的種類。Chirp在英文中指小鳥唧唧喳喳的叫聲。這款軟件目前也僅支持美國(guó)、加拿大和歐洲等3個(gè)地區(qū)。

對(duì)于鳥類觀測(cè)者來說，另一款軟件的吸引力更大。早在2002年，奧杜邦學(xué)會(huì)就與美國(guó)康奈爾大學(xué)的鳥類實(shí)驗(yàn)室合作，建立了一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)庫——“晨鳥”，旨在向科研人員、業(yè)余觀鳥愛好者和大自然愛好者提供鳥類的實(shí)時(shí)分布與豐度數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)大部分是由成千上萬的觀鳥愛好者所提供的。剛開始，“晨鳥”項(xiàng)目在一些主要的鳥類活動(dòng)地點(diǎn)設(shè)立互動(dòng)式的數(shù)據(jù)傳輸站，供觀鳥者隨時(shí)上傳觀測(cè)資料，后來項(xiàng)目組發(fā)布了基于智能手機(jī)的應(yīng)用軟件，人們可以隨時(shí)進(jìn)入“晨鳥”數(shù)據(jù)庫，實(shí)時(shí)將觀測(cè)資料上傳。如今，利用數(shù)據(jù)庫中對(duì)棲息地的遙感信息、氣候、種群動(dòng)態(tài)統(tǒng)計(jì)等相關(guān)資料，研究人員已開發(fā)出動(dòng)態(tài)地圖，用于顯示鳥類在特定時(shí)間的空間位置預(yù)測(cè)圖，并且較之以往具有更高的精細(xì)度。在候鳥集中遷徙的季節(jié)，預(yù)測(cè)信息可示警位于遷徙線路上的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，使人們及時(shí)關(guān)停風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，避免遷徙鳥類的意外死亡和防止風(fēng)機(jī)損壞所造成的經(jīng)濟(jì)損失。另外，這些鳥類遷徙活動(dòng)模型還可以結(jié)合氣候變化預(yù)案，來預(yù)測(cè)不同物種可能出現(xiàn)的遷徙變化。墨西哥灣深水地平線油井井噴后對(duì)海岸繁殖鳥類的潛在威脅評(píng)估，就使用了“晨鳥”項(xiàng)目的數(shù)據(jù)。endprint

對(duì)于大自然進(jìn)行更全面的觀測(cè)，非“爆芽”項(xiàng)目莫屬了。這個(gè)項(xiàng)目始于2007年，吸引了全美公眾來合作收集植物生命周期數(shù)據(jù)，參與者通過智能手機(jī)或平板電腦上報(bào)野外觀察信息。這一過程不僅使參與者獲得了更多科學(xué)知識(shí)，還幫助生態(tài)學(xué)家發(fā)現(xiàn)植物是如何應(yīng)對(duì)環(huán)境變化的。這個(gè)項(xiàng)目還開發(fā)了在線課程，將項(xiàng)目成果引入課堂。在不到1年時(shí)間里，400多名教師參與了自學(xué)課程。該項(xiàng)目于2014年推出“我家后院的氣候變化”課程，招收5～12年級(jí)的學(xué)生，讓學(xué)員們通過項(xiàng)目分享數(shù)據(jù)，并結(jié)合美國(guó)國(guó)家航空航天局的氣候數(shù)據(jù)，親身感受氣候變化對(duì)環(huán)境的影響。

“爆芽”項(xiàng)目之所以得到蓬勃發(fā)展，得益于其合作伙伴模式，它的合作機(jī)構(gòu)包括美國(guó)魚類和野生動(dòng)物保護(hù)系統(tǒng)、美國(guó)國(guó)家公園體系、科學(xué)中心、自然歷史博物館。科學(xué)家和公民均可免費(fèi)使用項(xiàng)目收集的數(shù)據(jù)。“爆芽”項(xiàng)目的數(shù)據(jù)還被科學(xué)論文所采用。有研究模擬了在各種氣候變化預(yù)案下華盛頓特區(qū)櫻花盛開的時(shí)間，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如果繼續(xù)保持政府間氣候變化專門委員會(huì)的高排放模式，到2080年，植物的開花時(shí)間會(huì)提前29天。這些結(jié)果也被用在一些地區(qū)的歷史研究中。例如，將2012年“爆芽”項(xiàng)目收集的數(shù)據(jù)與植物學(xué)家1994年出版的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，清晰揭示了氣候變化讓許多植物的物候期提前的問題。另外，研究人員對(duì)“爆芽”項(xiàng)目數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，外來物種比本地相鄰地區(qū)植物生葉的時(shí)間平均提前3.74天。這表明，氣候變化對(duì)本地物種的威脅正在加大。

為了提高公眾參與的熱情和成就感，“爆芽”項(xiàng)目的網(wǎng)站會(huì)列出每位數(shù)據(jù)貢獻(xiàn)者的名字。引用這些數(shù)據(jù)的人也可以通過鏈接找到志愿者并與其取得聯(lián)系，以便進(jìn)行更深入的探討。許多公民科學(xué)項(xiàng)目正在添加游戲組件，以擴(kuò)大吸引力，激勵(lì)和挽留志愿者。“爆芽”項(xiàng)目就創(chuàng)建了一款類似于地圖尋寶的游戲：人們可以使用GPS來尋找隱藏在精確位置的對(duì)象或線索。在游戲中，玩家會(huì)專注于定位植物和物候觀測(cè)，而這些信息同時(shí)會(huì)被“爆芽”項(xiàng)目收集。

成功的公民科學(xué)項(xiàng)目利用人們的日?；顒?dòng)，如觀鳥、園藝或大自然漫步，允許參與者分享和存檔他們的觀察信息。后臺(tái)數(shù)據(jù)庫則將博物學(xué)家的研究成果變成大眾能利用的觀察武器。博物學(xué)家也可以借由公眾的幫助獲得更多研究數(shù)據(jù)，甚至也可以借由公眾的幫助，給一些大型鳥類佩戴智能裝置，以便進(jìn)行追蹤。

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展讓人類遠(yuǎn)離自然，卻又換了一種方式，讓人類更加親近自然、觀測(cè)自然和研究自然。

【責(zé)任編輯】趙 菲endprint