Tekoäly auttaa miljoonien tuntemattomien lajien etsinnässä – Mutta se on kilpajuoksua luonnon tuhoutumisen kanssa

The Atlanticin alkuperäisen, englanninkielisen jutun voit lukea tästä linkistä.

Drooni veti jättimäistä, nelimetriseen naruun kiinnitettyä pumpulipuikkoa yli sveitsiläisen niityn, aina metsänreunaan saakka. Matkan varrella kostea vanu nappasi mukaansa elämän hiukkasia: irronnutta ihoa ja karvaa; limaa, sylkeä ja veriroiskeita; siitepölyhiukkasia ja sieni-itiöitä.

Myöhemmin biologit syöttivät maisemasta kerätyn DNA:n puhelimen kokoiseen sekvensointilaitteeseen. Laite muutti näytteen koodiksi ja paljasti kymmeniä ja taas kymmeniä lajeja, joista osa oli uhanalaisia ja osa vieraslajeja.

Tutkijat eivät koskaan nähneet ampiaisia, typpyluteita tai kiitäjiä, joiden geneettisiä jälkiä he keräsivät. Ne kaikki – ja monet muut – olivat silti siellä.

Tutkijat työskentelevät Sveitsin liittovaltion metsä-, lumi- ja maisematutkimuslaitoksessa. He testasivat maastossa uutta tapaa seurata luonnon monimuotoisuutta, ja tässä kokeessa he kartoittivat hyönteiselämää eri kasvillisuustyypeissä.

Tämä on yksi monista ryhmistä, joka on ottanut käyttöön laitteistoja, joiden avulla luontoa voidaan tarkkailla sellaisella tarkkuudella ja nopeudella, joita tutkijat eivät olisi aiemmin voineet kuvitellakaan.

”Tiedämme paljon enemmän siitä, mitä maastossa tapahtuu”, kertoi tiimin jäsen, Zürichin ETH-yliopiston ympäristötieteilijä Camille Albouy, ”vaikka paljon pääsee meiltä yhä karkuun.”

Nykyään autonomiset robotit keräävät DNA:ta, huippunykyaikaiset sekvensointilaitteet käsittelevät näytteet nopeasti ja edullisesti, ja koneoppimisalgoritmit havaitsevat eliöitä äänen tai muodon perusteella.

Nämä teknologiat mullistavat ihmiskunnan kyvyn luetteloida maapallon eliölajeja, joita arvioidaan olevan 8 miljoonaa – ehkä paljon enemmänkin. Ne tuovat esiin vilisevän elämän, joka usein karkaa ihmisen katseelta.

Vain noin 2,3 miljoonaa lajia on virallisesti kuvattu. Loput ovat nimetöntä ja tutkimatonta – sitä, mitä biologit kutsuvat pimeiksi taksoneiksi.

Hyönteiset muodostavat todennäköisesti yli puolet kaikista eläinlajeista, mutta valtaosaa – arviolta neljää viidestä – ei ole koskaan kirjattu tieteeseen. Tropiikista navoille, maalla ja vedessä, ne pölyttävät, saalistavat, raivaavat raadot, kaivavat käytäviä ja loisivat. Ne ovat tarkkailua karttava enemmistö maapallon elämästä.

”On vaikea selittää ei-asiantuntijoille, kuinka valtava tietämättömyytemme todellisuudessa on”, valitti kansainvälinen hyönteistutkijoiden konsortio vuonna 2018.

Italialaisen Paduan yliopiston entomologi Valerio Caruso tutkii lahokärpäsiä, vipeltävää heimoa, johon arvioidaan kuuluvan 30 000–50 000 lajia.

”Vain noin 4 000 on kuvattu”, Caruso kertoi minulle. “Yksi elinikä ei riitä niiden kaikkien ymmärtämiseen.”

Yhdenkin kärpässuvun vähäpätöisiltä vaikuttavat erot ovat todellisuudessa merkittäviä. Näennäisesti identtiset lajit voivat täyttää täysin erilaisia ekologisia lokeroita: paeta eri petoja ja saalistaa eri saalista, loisia eri isännissä, pölyttää eri kasveja, hajottaa eri aineksia tai kantaa eri tauteja.

Jokainen on ainutkertainen evoluution koe, josta voi syntyä yhdisteitä uusien lääkkeiden pohjaksi, viljelyä helpottavia käyttäytymismalleja ja muita sopeumia, jotka laajentavat ymmärrystämme siitä, miten elämä säilyy.

Vasta nykypäivän laitteilla ja tekniikalla tutkijoilla on edes jonkinlainen mahdollisuus pysyä elämän runsauden perässä.

Suurimman osan historiasta ihminen on luokitellut luontoa silmillään: havainnot muodosta, koosta ja väristä auttoivat Carl von Linnéä luettelemaan 1700-luvulla noin 12 000 lajia – mahtava urakka, mutta todellisuuteen nähden naurettavan pieni murto-osa elämän kirjosta.

Kunkin otuksen kirjaaminen vaati kuivattamista, leikkausta, preparointia, neulausta ja etikettien kirjoitusta. Näihin menetelmiin oli turvauduttava 2000-luvun taitteeseen asti. Silloin geneettinen sekvensointi antoi tutkijoille mahdollisuuden siirtyä DNA-viivakoodeihin. Silti näytteet voitiin tunnistaa vain suku- tai heimotasolle saakka.

Nyt massasekvensointi, autonomiset robotit ja tekoäly ovat laajentaneet näkökenttämme. Niiden avulla voidaan purkaa genomi sellaisten sienten, bakteerien ja hiivojen sisältä, joita on laboratoriossa vaikea tai mahdoton kasvattaa.

Erikoistuneet tekoälyt erottavat lajien ääntelyt meluisista nauhoituksista ja muuttavat ilmavärähtelyt akustiseksi kenttäoppaaksi. Toiset perkaavat valokuvien pikseleitä ja poimivat siiven suonien tai harjasteiden pölyhiukkasenkin hienovaraisia eroja, joiden perusteella sukulaiset voi erottaa ja luokitella.

Korkearesoluutioiset 3-D-skannaukset mahdollistavat pikkuriikkisten anatomian osien tarkastelun ilman skalpellia.

Muut työkalut piirtävät dynaamisten ekosysteemien karttoja niiden muuttuessa reaaliajassa, seuraavat kosteikkojen supistumista ja laajenemista vuodenaikojen mukaan tai hyödyntävät satoja miljoonia kansalaishavaintoja lajien tunnistamiseen ja niiden vaihtuvien levinneisyysalueiden kartoittamiseen.

Rehevässä Panaman sademetsässä yksi vaatimaton piuha yhdisti UV-valon ja valkoisen levyn, jolla houkuteltiin yöperhosia. Aurinkokäyttöinen kamera otti kuvan kymmenen sekunnin välein hämärästä aamunkoittoon.

Viikon aikana tekoäly kävi läpi joka yö tuhansia ja taas tuhansia kuvia, joista asiantuntijat löysivät 2 000 perhoslajia – puolet niistä tieteelle tuntemattomia.

”Sydäntäni särkee, kun ihmiset luulevat tieteen viilaavan ymmärryksen viimeisiä yksityiskohtia ja että suuret löydöt on jo tehty”, sanoi retkikuntaan kuulunut McGill-yliopiston ja Mila–Quebec AI instituten tietojenkäsittelytieteilijä David Rolnick.

Kolumbiassa, jonka luonto on yksi maailman monimuotoisimmista, droonien keräämä data ja koneoppiminen ovat auttaneet kuvaamaan kymmeniä tuhansia lajeja, joista 200 on tieteelle uusia.

Näiden työkalujen näkökenttä on silti rajallinen. Tekoälyalgoritmit näkevät vain koulutusaineistonsa rajoihin asti, ja taksonominen data painottuu liiaksi globaaliin pohjoiseen ja näyttäviin lajeihin. Eräässä suuressa avoimessa biodiversiteettitietokannassa alle viisi prosenttia viime vuosien merkinnöistä koski hyönteisiä, kun taas yli 80 prosenttia liittyi lintuihin (jotka muodostavat alle prosentin nimetyistä lajeista).

Koska monet pimeät taksonit puuttuvat opetusaineistoista, kehittyneimmätkin kuvantunnistusmallit toimivat parhaiten esiseulontana: ne lajittelevat nopeasti tutut taksonit ja ilmoittavat sitten ihmistutkijoille todennäköiset uudet löydöt.

”Tekoälysysteemeillä ei ole intuitiota eikä luovuutta”, sanoi Rolnick, jonka tiimi oli luomassa Antenna-nimistä, ekologeille suunnattua käyttövalmista tekoälyalustaa.

Ihmismäärittäjät ovat edelleen parempia kuvittelemaan, miten harvinainen piirre on kehittynyt, ja tutkimaan hienovaraisia eroja, jotka voivat merkitä kokonaan uutta lajia.

Viime kädessä jokainen tunnistus – tulipa se algoritmista, DNA-datasta tai asiantuntijan silmästä – on ihmisten varassa.

Myös tuo inhimillinen työpanos hupenee, erityisesti entomologiassa. ”Maailmassa on käytännössä olemattoman vähän ihmisiä, jotka saavat palkkaa lajinmäärittämisestä”, Rolnick totesi.

Aika on heitä vastaan. Maailman suurimmissa luonnontieteellisissä museoissa on valtava määrä näytteitä ja esineitä – yhden tutkimuksen mukaan yli miljardi – mutta vain murto-osasta on digitaalisesti saatavilla tietue, ja genomidataa on tarjolla vain 0,2 prosentista biologisista näytteistä.

Monet historialliset kokoelmat – nuo laatikot täynnä neulattuja, litistettyjä ja täytettyjä näytteitä, purkit, joissa olennot kelluvat – kärsivät kroonisesta rahapulasta, ja sisältö on altis laiminlyönnin seurauksille. Säilöntänesteet haihtuvat, huonot varastointiolosuhteet houkuttelevat tuholaisia ja hometta, ja DNA hajoaa, kunnes sitä ei voi enää sekvensoida.

Nykypäivän työkalut ovat yhä kaukana siitä, että ne kykenisivät tavoittamaan maapallon biodiversiteetin laajuuden ja monimutkaisuuden kokonaisuudessaan. Paljon voi kadota ennen kuin kukaan ehtii sitä luetteloida.

”Meitä on liian vähän tutkimassa liian monia asioita”, Padovan entomologi Caruso sanoi. Taksonomiaa verrataan usein palavan kirjaston inventointiin. Kuten Center for Biodiversity Genomicsin tieteellinen johtaja, kanadalaisen Guelphin yliopiston Mehrdad Hajibabaei minulle totesi: ”Emme kerää täällä postimerkkejä.”

Tutkijat pyrkivät sen sijaan säilyttämään planeetan muistin – elämän arkiston – ja selvittämään, mitkä ominaisuudet auttavat eliöitä sopeutumaan, muuttamaan tai muuten selviämään nopeasti muuttuvassa ilmastossa.

Ilmastokriisi murtaa villieläinten elinkiertoja ympäri maailman – erään arvion se koskee noin puolta kaikista lajeista.

Kukat puhkeavat nyt viikkoja ennen kuin pölyttäjät heräävät; hedelmät lakastuvat ennen kuin muuttolinnut ehtivät niiden luo. Sateisiin sopeutuneet perhoset heikkenevät kuivuudessa. Trooppiset linnut ja alppikasvit kapuavat kohti viileämpiä, mutta rajallisia vuorenhuippuja. Kalat livahtavat kauemmas merelle, ja tautia kantavat hyttyset ajautuvat lämpöaaltojen mukana uusille alueille.

Äärisää napaseuduilla rasittaa keskeisiä sammalia ja jäkäliä ja tuhoaa kokonaisia elinympäristöjä tunneissa. Massakuolemat ovat nyt arkipäivää.

Kun menettää yhden lajin, menettää todennäköisesti myös muita”, Caruso sanoi. ”Ajan mittaan kaikki romahtaa.”

Joka kahdeksas laji voi kadota vuosisadan loppuun mennessä – monet niistä pimeitä taksoneja, jotka katoavat ennen kuin löydämme ne.

Useimmat valtiot – samoin kuin kansainväliset elimet, kuten Kansainvälinen luonnonsuojeluliitto – eivät voi arvioida, saati suojella, nimeämättömiä eliöitä. Kuten Edward O. Wilson totesi Time-lehdelle vuonna 1986: ”Se on kuin tähtitiedettä ilman tietoa siitä, missä tähdet ovat.”

Nykyinen koneavusteinen taksonomia kamppailee saman ongelman kanssa kuin Linné: luonnon monimutkaisuus on ihmisymmärrystä suurempi, vaikka apuna on koneitakin.

”Emme havaitse maailmaa sellaisena kuin se on kaikessa kaoottisessa loistossaan”, biologisti Carol Kaesuk Yoon kirjoitti teoksessaan Naming Nature (2010). ”Tunnemme vain hyvin rajatun osan meitä ympäröivästä ja näemme sen erityisen inhimillisellä tavalla.”

Toisaalta jokainen uusi datapiste tarkentaa suojelutoimia ohjaavia ennustemalleja, sanoo Center for Biodiversity Genomicsin genomiikkajohtaja Evgeny Zakharov.

”Mitä enemmän tiedämme maailmasta, sitä paremmin voimme sitä hallita ja suojella”, hän sanoi minulle.

Työkalujen avulla tutkijoiden työ kiihtyy, mutta niin kiihtyy myös takarajan läheneminen – tutkijat ottavat vastaan kaiken avun, mitä voivat saada.

©2025 The Atlantic Monthly Group. Kaikki oikeudet pidätetään. Jakelu: Tribune Content Agency, LLC.

Artikkeli on käännetty tekoälyn avulla.