به نقل از ادونسد ساینس نیوز، حشرات متنوع‌ترین گروه جانوری روی کره زمین می باشند که روابط پیچیده‌ای را با محیط خود نگه داری می‌کنند و نقش‌های حیاتی همانند تجزیه مواد آلی و گرده‌افشانی را بر مسئولیت دارند. بحران روبه‌رشد تنوع زیستی با بازدید کردن تعداد حشرات آشکار می‌بشود و افت یافتن آنها تأثیر چشم‌گیری را روی گیاهان و حیوانات دارد.

اگرچه بازدید کردن حشرات و نحوه توزیع آنها در طول زمان برای یافتن عوامل مؤثر بر بسیاری و تنوع این گونه جانوری مهم است اما تجهیزات نظارتی مناسب زیاد محدود می باشند.

«بنجامین توماس»(Benjamin Thomas) دانشیار «مؤسسه فناوری نیوجرسی»(NJIT) به گفتن یک متخصص حسگرهای نوری، در دهه قبل روی ابزارهای فوتونیکی برای بازدید حشرات کار کرده است. توماس او گفت: من به گفتن یک فیزیکدان که به دنیای حشره‌شناسی داخل می‌بشود، زیاد شوکه شدم از این که دیدم ما در واقع اطلاعات زیاد مقداری را در رابطه جمعیت حشرات داریم.

افتتجهیزات

افتتجهیزات نظارت بر حشرات، مشکلی است که «میکل برایدگارد»(Mikkel Brydegaard) و گروهش در قسمت فیزیک «دانشگاه لوند»(Lund University) نیز برای حل کردن آن تلاش کرده‌اند. آنها در یک پژوهش تازه، به یک روش کاربردی دست یافته‌اند که نحوه انعکاس نور از بال‌های حشرات را برای تعیین کردن گونه‌ها و جنسیت آنها تحلیل می‌کند و حتی نکاتی را در رابطه جایگاه اکولوژیکی حشرات اراعه می‌دهد.

راه حلهای مرسوم طبق معمول بر حشرات صید شده تکیه می‌کنند که مشاهدات مقداری را اراعه خواهند داد و مستعد اشتباه می باشند؛ به اختصاصی در بین گونه‌هایی که شباهت بسیاری به یکدیگر دارند. راه حلهایی که از نور یا تحلیل طیفی بال‌های حشرات منفعت گیری می‌کنند، می‌توانند شرایط را تحول دهند و به پژوهشگران پشتیبانی کنند تا برای نظارت در لحظه بر جمعیت حشرات در حال پرواز کردن، دوربین‌های تخصصی را به کار ببرند.

توماس، که در این پژوهش شرکت نداشت، او گفت: این پژوهش، گامی به سوی بهبود دقت شناسایی حسگرهاست که می‌توانند تحول عمیقی را در توانایی ما برای نظارت بر جمعیت حشرات تشکیل کنند. در کنار تجهیزات تازه هوش مصنوعی و طبقه‌بندی‌کننده‌های مبتنی بر یادگیری ماشینی، این فناوری زیاد امیدوارکننده است.

بازدید تاثییر انگشت طیفی بال حشرات

همانند تاثییر انگشت بی همتا انسان، از بال‌های ظریف حشرات نیز می‌توان برای شناسایی کردن آنها منفعت گیری کرد. هنگامی پژوهشگران با یک دوربین فراطیفی که می‌تواند طیف گسترده‌ای از نور را فراتر از توانمندیهای چشم انسان ثبت کند، بال‌ها را ببینند، می‌توانند ساختار آنها را بر پایه مقدار قوت و یکنواختی در انعکاس نور بازسازی کنند.

«منگ لی»(Meng Li) دانشجوی مقطع دکتری گروه برایدگارد و پژوهشگر ارشد این پروژه او گفت: ما می‌توانیم ببینیم که هر سایه ظریف رنگ، حتی رنگ‌های خارج از طیف مرئی چطور تحت تأثیر ضخامت بال قرار می‌گیرند. این اطلاعات دقیق در رابطه رنگ به ما امکان خواهند داد تا حشرات را بر پایه الگوهای بی همتا بال آنها مطالعه و شناسایی کنیم.

لی برای تایید کردن ایده خود، ۶۰۰ مگس موسوم به «مگس گلزار»(Hover fly) را از بین ۳۰ گونه متفاوت اراعه‌شده توسط موزه زیست‌شناسی دانشگاه لوند تحلیل کرد. مگس گلزار از یک خانواده بزرگ حشرات شامل تقریبا ۶۰۰۰ گونه است که از نظر مورفولوژی، زیستگاه و حرکت تفاوت بسیاری دارند. یکی از تخصص‌های آنها پیروی کردن از حشرات دیگر همانند زنبورهاست و آنها زیاد تر در حال چرخیدن بالای گل‌های مورد علاقه خود دیده خواهد شد.

لی و گروهش برای نشان دادن این که دوربین‌ آنها می‌تواند به طور دقیق بین گونه‌های متفاوت مگس گلزار اختلاف قائل بشود، یک مجموعه داده را برای هر گونه تنظیم کردند که پارامترهای مربوط به ساختار بال‌های آنها را در بر داشت. این چنین، آنها فرکانس ضربان بال را که زیاد تر برای شناسایی حشرات منفعت گیری می‌بشود، بر پایه توده بدن و اندازه بال تخمین زدند. با ترکیب کردن همه این پارامترها، لی و گروهش به شناسایی با ۹۱ درصد دقت دست یافتند. این نتیجه به طور قابل توجهی بالاتر از وقتی است که از فرکانس‌های ضربان بال به تنهایی منفعت گیری می‌بشود.

این گروه پژوهشی دریافتند که ویژگی‌های طیفی بال‌های مگس گلزار نه تنها بین گونه‌ها، بلکه حتی بین جنسیت‌ها نیز زیاد متفاوت است. این نوشته برای گونه‌هایی که مگس‌های ماده و نر آن به یکدیگر شباهت دارند نیز صدق می‌کند؛ به ‌طوری که تشخیص دادن آنها با چشم دشوار است. به این علت، توانایی اختلاف جنسیتی زمان نظارت بر جمعیت حشرات و تشکیل همانند زیاد مورد قیمت است.

قلمرو گسترده خانواده مگس گلزار، برایدگارد و همکارانش را بر آن داشت تا همبستگی بین رفتارهای متفاوت را با ویژگی‌های طیفی بال‌های آنها بازدید کنند. برای انجام دادن این کار، آنها ابتدا گونه‌های نزدیک به هم را پیش از بازدید ساختار بال‌ها با عواملی همانند پیروی رفتاری و نوع زیستگاه قیاس کردند. برای مثال، این گروه پژوهشی دریافتند که مگس‌های گلزار با بال‌های ضخیم‌تر تمایل به پیروی از زنبورها دارند، در تابستان فعال می باشند و عمدتا در مراتع و جنگل‌ها یافت خواهد شد.

دلنشین اینجاست که اگرچه گونه‌های نزدیک به هم عموما بال‌های شبیهی داشتند اما ویژگی‌های رفتاری زیاد تر از وابستگی به ژنتیک، با تغییرات ضخامت بال‌ها همبستگی داشت. این بدان معناست که ویژگی‌های طیفی بال‌های حشرات نه تنها شناسه‌های بی همتا گونه‌ها و جنسیت می باشند، بلکه به شناسایی زیاد تر جایگاه اکولوژیکی آنها پشتیبانی می‌کنند. این کار به اختصاصی زمان نظارت بر تأثیر عوامل خارجی همانند کشاورزی و جنگل‌زدایی بر تنوع حشرات، سودمند است.

توماس خاطرنشان کرد: این تحلیل‌ها تا این مدت باید با اطلاعات دیگر ترکیب شوند تا به دقت بالا در شناسایی گونه برسند. این بدان معناست که ما باید یک پایگاه داده بزرگ را در رابطه ویژگی‌های نوری هر گونه تشکیل کنیم تا بتوان از آن برای شناسایی جمعیت متنوعی از حشرات منفعت گیری کرد.

این پژوهش در مجله «Advanced Science» به چاپ رسید.