L'intelligenza artificiale e la visione artificiale forniscono finora la stima più accurata della più grande colonia di pipistrelli dell'Africa
La stima delle popolazioni animali è essenziale per la conservazione. Il censimento di grandi congregazioni è particolarmente importante poiché queste sono priorità per la protezione, ma il conteggio efficiente di centinaia di migliaia di animali in movimento rimane una sfida. I ricercatori hanno sviluppato un sistema basato sull'apprendimento approfondito utilizzando telecamere di consumo che non solo conta, ma registra anche informazioni comportamentali per un gran numero di animali volanti in una gamma di condizioni di illuminazione, inclusa la quasi oscurità. In questo modo hanno creato un robusto set di formazione senza etichettatura umana sfruttando l'aumento dei dati e la sottrazione del background.
Una volta all'anno, una piccola foresta in Zambia diventa il luogo di uno dei più grandi spettacoli naturali del mondo. A novembre, i pipistrelli della frutta color paglia migrano da tutto il continente africano verso una macchia di alberi nel Kasanka National Park. Per motivi non ancora noti, i pipistrelli convergono per tre mesi in una piccola area del parco, formando la più grande colonia di pipistrelli di tutta l'Africa. Il numero esatto di pipistrelli in questa colonia, tuttavia, non è mai stato conosciuto. Le stime vanno da 1 a 10 milioni. Un nuovo metodo sviluppato dal Max Planck Institute of Animal Behavior (MPI-AB) ha contato la colonia con la massima precisione finora. Il metodo utilizza le videocamere GoPro per registrare i pipistrelli e quindi applica l'intelligenza artificiale (AI) per rilevare gli animali senza la necessità di osservatori umani. Il metodo, pubblicato sulla rivista Ecosphere (1), ha prodotto una stima complessiva tra 750.000 e 1.000.000 di pipistrelli a Kasanka, rendendo la colonia la più grande colonia di pipistrelli per biomassa in tutto il mondo.
«Abbiamo dimostrato che le telecamere economiche, combinate con l'intelligenza artificiale, possono essere utilizzate per monitorare grandi popolazioni animali in modi che sarebbero altrimenti impossibili», afferma il dottor Benjamin Koger (2), primo autore dell'articolo. «Questo approccio cambierà ciò che sappiamo del mondo naturale e il modo in cui lavoriamo per mantenerlo di fronte al rapido sviluppo umano e ai cambiamenti climatici».
I giardinieri segreti dell'Africa
Anche tra la fauna carismatica del continente africano, il pipistrello della frutta color paglierino brilla luminoso. Secondo alcune stime, è il mammifero più abbondante del continente. E, viaggiando fino a duemila chilometri all'anno, è anche il migratore a lunga distanza più estremo di qualsiasi volpe volante. Dal punto di vista ambientale, questi meriti contano molto. Disperdendo semi mentre volano su vaste distanze, i pipistrelli della frutta sono i cardinali riforestatori di terreni degradati, rendendoli una specie “chiave di volta” nel continente africano.
Gli scienziati hanno cercato a lungo di stimare le dimensioni delle colonie di questa importante specie, ma le sfide del conteggio manuale di popolazioni molto grandi hanno portato a numeri ampiamente fluttuanti. «Questo è sempre frustrante», afferma la dottoressa Dina Dechmann (3), una biologa dell'MPI-AB, che ha studiato i pipistrelli della frutta color paglierino per oltre 10 anni. Preoccupata di aver assistito a un calo del numero di questi pipistrelli della frutta nel corso della sua carriera, Dechmann voleva uno strumento che potesse rivelare con precisione se le popolazioni stessero cambiando. Cioè, aveva bisogno di un modo per contare i pipistrelli che fosse riproducibile e comparabile nel tempo.
«I pipistrelli della frutta color paglierino sono i giardinieri segreti dell'Africa», afferma la dottoressa Dechmann. «Collegano il continente in modi che nessun altro dispersore di semi fa. Una perdita della specie sarebbe devastante per l'ecosistema. Quindi, se la popolazione sta diminuendo, abbiamo urgente bisogno di saperlo».
La dottoressa Dechmann ha iniziato a parlare con i collaboratori di lunga data Roland Kays della NC State University e Teague O'Mara della Southeastern Louisiana University, nonché con Kasanka Trust, l'organizzazione di conservazione dello Zambia responsabile della gestione del Kasanka National Park e della protezione della sua colonia di pipistrelli. Insieme, si sono chiesti se i progressi nella visione artificiale e nell'intelligenza artificiale potessero migliorare l'accuratezza e l'efficienza del conteggio di popolazioni di pipistrelli grandi e complesse. Per scoprirlo, si sono rivolti a Ben Koger, allora studente di dottorato presso l'MPI-AB, esperto nell'utilizzo di approcci automatizzati per creare set di dati ecologici.
Conteggi di pipistrelli accurati e comparabili
Il dottor Koger ha lavorato per ideare un metodo che potesse essere utilizzato da scienziati e responsabili della conservazione per quantificare in modo efficiente il complesso sistema. Il suo metodo comprendeva due passaggi principali. In primo luogo, nove telecamere GoPro sono state installate in modo uniforme intorno alla colonia per registrare i pipistrelli mentre lasciavano il posatoio al crepuscolo. In secondo luogo, Koger ha addestrato modelli di deep learning per rilevare e contare automaticamente i pipistrelli nei video. Per testare l'accuratezza del metodo, il team ha contato manualmente i pipistrelli in un campione di clip e ha scoperto che l'intelligenza artificiale era accurata al 95% e funzionava bene anche in condizioni di oscurità.
«L'utilizzo di una tecnologia più sofisticata per monitorare una colonia gigante come quella di Kasanka potrebbe essere proibitivamente costosa perché avresti bisogno di così tante attrezzature», afferma Koger. «Ma potremmo dimostrare che le fotocamere economiche abbinate ai nostri algoritmi software personalizzati hanno funzionato molto bene nel rilevare e contare i pipistrelli nel nostro sito di studio. Questo è estremamente importante per monitorare il sito in futuro».
Registrando i pipistrelli per cinque notti, il nuovo metodo ha contato una media compresa tra circa 750.000 e 1.000.000 di animali per notte. Questo risultato scende al di sotto dei conteggi precedenti a Kasanka e gli autori affermano che lo studio potrebbe non aver raggiunto il picco della migrazione dei pipistrelli e che alcuni animali potrebbero essere arrivati dopo il periodo di conteggio. Anche così, la stima dello studio rende la colonia di Kasanka la più numerosa congregazione di pipistrelli al mondo.
La dottoressa Dechmann dice: «Questo è un punto di svolta per il conteggio e la conservazione di grandi popolazioni di animali. Ora disponiamo di un modo efficiente e riproducibile di monitorare gli animali nel tempo. Se usiamo lo stesso metodo per censire gli animali ogni anno, possiamo effettivamente dire se la popolazione sta aumentando o diminuendo».
Per la colonia di Kasanka, che sta affrontando minacce dall'agricoltura e dalla costrizione, Dechmann afferma che la necessità di un monitoraggio accurato non è mai stata più urgente di adesso.
«È facile presumere che la perdita di alcuni animali qua e là da grandi popolazioni non intaccherà. Ma se vogliamo mantenere i servizi ecosistemici forniti da questi animali, dobbiamo mantenere le loro popolazioni a livelli significativi. La colonia Kasanka non è solo una delle tante; è una colonia di pipistrelli provenienti da tutto il subcontinente. Perdere questa colonia sarebbe devastante per l'intera Africa».
Riferimenti:
(2) Benjamin Koger
(3) Dina Dechmann
Descrizione foto: Ogni sera, i pipistrelli volano dal Kasanka National Park per nutrirsi nella campagna circostante. - Credit: Christian Ziegler / Max Planck Institute of Animal Behavior.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Counting Africa's largest bat colony