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AI技術重塑生態研究范式

學者呼吁仍需堅持田野調查

2026年01月29日09:12 | 來源:科技日報222
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隨著AI技術在生態學中的廣泛應用,生態學的研究方式正經歷深刻變革。許多學者如今在室內分析數字化標本、圖像、DNA或傳感器數據,而非親赴野外。

英國《自然》網站在本月報道中指出,從腳下的土地,轉向屏幕上跳動的像素,這種“全自動化監測”提升了研究的規模與效率,使大范圍生態變化得以追蹤。但有專家擔憂,遠離田野調查可能導致研究失去對自然的直接感知,造成誤差、偏見和過度簡化,削弱生態學的本質——與自然的親密聯系。或許,唯有技術與田野觀測的“雙向奔赴”,才能織就生態學的美好未來。

智慧之“眼”洞察自然

從塵封百年的標本到天空飛過的禽鳥,從深林中的昆虫到大地上蔓延的入侵植物……面對如此浩瀚的數據海洋,傳統方法早已力不從心,AI正成為推動生態學研究駛向智能化的旗艦。

如今,AI不僅能精准識別物種,更可構建復雜的物種分布模型與生命譜系樹。一些學者預見,生成式AI或將催生能自主模擬生態過程、預測物種對氣候變化響應情況的智能系統。

歐洲的CamAlien項目便是典范。該項目在汽車、船隻與列車上安裝搭載機器學習算法的高清攝像頭,在疾馳中捕捉道路兩側影像,實時識別外來入侵植物,並將警報上傳至跨國在線地圖。丹麥奧胡斯大學生態學家托克·托馬斯·霍耶認為,這項技術已從“展示潛力”邁向“真正交付成果”。目前,16個歐洲國家正借助該系統評估外來物種的擴散態勢。

同樣令人振奮的是昆虫監測的突破。面對全球昆虫種群銳減的危機,科學家們巧妙改造原本用於拍攝哺乳動物的相機,結合AI實現對成千上萬昆虫物種的自動識別。霍耶坦言,五年前,自動化昆虫監測尚屬幻想﹔如今,AI正打開一扇通往微觀世界的大門。

而北歐TABMON項目則用聲音“編織”遷徙圖譜。一套布設於挪威至地中海沿線的麥克風網絡,晝夜不息地採集聲景數據,AI將其解析為跨越物種、時間與空間的生物多樣性指標。倫敦帝國理工學院的薩拉布·塞西表示,在大陸尺度上獲得如此精細、標准化的生態數據,前所未有。

自然經驗或緩慢消逝

無人否認AI技術給生態學研究帶來的便利,但英國埃克塞特大學學者凱文·加斯頓敏銳地捕捉到這一趨勢背后的隱憂:科學家們正失去與自然直接對話的機會——那曾是生態學最原始也最深刻的根基。

他與聯合研究者在去年3月發表論文,提出“自然經驗消失”這一沉重命題:基於田野調查的研究與教育正逐漸式微,其后果不僅限於技能的退化,更可能動搖整個學科對生態系統的深層理解。他們警示,這種脫節還將削弱科學家與當地社區的聯系,而后者,正是生態保護得以落地的靈魂所在。

盡管尚無確鑿的定量研究全面驗証這一觀點,但趨勢已然清晰。一項對1980—2014年間生態文獻的分析顯示,純粹依賴實地考察的研究佔比下降了20%﹔而建模與數據分析則分別激增600%和800%。數字背后,是一個學科重心的悄然遷移:從腳下的土地,轉向屏幕上跳動的像素。

例如,研究人員可能通過機器學習分析百萬份植物標本,揭示氣候變暖對開花時間的影響,卻未接觸過真實花朵﹔計算生態學家即便開發出用於分析塞倫蓋蒂斑馬社會網絡的算法,但始終未能親赴非洲草原。

更深層的問題在於數據偏見。盡管公民科學家收集了大量數據,但絕大多數觀測都集中在城市周邊、交通便利區域及易於識別的常見物種。而稀有物種、邊緣生態系統、偏遠地區的數據依然極度匱乏。美國俄亥俄州立大學計算生態學家坦婭·伯格-伍爾芙也表示,現有大部分數據“超級有偏見”。

若缺乏真正了解野外生態的專家參與訓練與校驗,AI可能陷入“精致的錯誤”——精准識別出常見物種,卻對新出現的入侵者視而不見,或誤判瀕危種群的真實狀態。

攜手共創生態學未來

加斯頓等人關於“自然經驗正在消逝”的警示,引發了眾多同行的共鳴。許多生態學家紛紛表達同樣的憂慮。

法國巴紐爾-蘇爾-梅爾索邦大學海洋科學家馬克·貝鬆用行動詮釋著平衡之道。他既與藻類為伴,也與算法同行。他堅持每年潛入海底,與珊瑚和洋流對話。在他看來,未來的生態學家應當是“雙棲者”:既能走進實驗室,也能深入荒野。他相信,隻有更頻繁地採集多樣化的實地數據,同時掌握計算機科學的能力,才能真正從海量信息中提煉出生命的規律。

事實上,越來越多生態學家正選擇“雙向奔赴”。加拿大麥吉爾大學的勞拉·波洛克,曾跋涉於美國新奧爾良的沼澤與澳大利亞的荒原。如今,她將多年積累的野外經驗融入機器學習模型,用以預測全球生物多樣性格局。

科技應是通往自然的橋梁,而非阻隔它的高牆。真正的生態智慧,或許不在服務器之中,而在那一次次俯身大地、仰望蒼穹的瞬間。

(責編:羅知之、陳鍵)
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