Ушастые медузы помогут следить за чистотой морской воды

Учёные 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.

Более ранние исследования показали, что ушастые аурелии очень чувствительны к химическому составу воды — при загрязнении тяжелыми металлами, нефтепродуктами или микропластиком купол этих медуз сокращается с другой частотой, 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 развертывать 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, поддержанного грантом РНФ, кандидат географических наук Елена Вышкваркова.

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 ее силуэт и отслеживала сокращения купола и траекторию движения животного. Всего алгоритм анализировал одиннадцать показателей: частоту пульсаций, интервалы между сокращениями, характеристики движения и другие.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ: Крем из медузы: в Крыму делают косметику из прибрежного «желе»

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 «измененные» (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.

Алгоритм безошибочно уловил изменения в поведении у всех шести медуз, когда в аквариум добавили загрязнитель. Это значит, что во время реального мониторинга будет достаточно отслеживать движения всего нескольких особей, чтобы надежно оценить состояние прибрежных вод.

«В дальнейшем мы расширим спектр исследуемых загрязняющих веществ. Параллельно мы планируем серии опытов с другими представителями черноморской фауны (в частности, ракообразными). Полученные данные позволят провести сравнительную оценку видов и обосновать выбор наиболее информативного кандидата для внедрения в систему биомониторинга морских акваторий», — рассказывает Елена Вышкваркова.

Читайте новости Крыма первыми в нашем Telegram-канале и даже когда не работает мобильный интернет в национальном мессенджере MAX.