当一名潜水者在附近游泳时,一头鲸鲨展示了它独特的斑点图案。
当一名潜水者在附近游泳时,一头鲸鲨展示了它独特的斑点图案。西蒙•皮尔斯

鲸鲨充满了动物或人的矛盾。首先是名字:它们是鲸鱼还是鲨鱼?(他们是鲨鱼,吹嘘,用联合国的话来说)还有它的饮食:除了这些大嘴巴,鲸鲨几乎只吃微小的浮游生物。这让我们想到了它们的体型:像其他吃浮游生物的动物一样,它们通常惊人地巨大最高约41000磅和校车一样又长又宽。

这反过来又把我们引向了鲸鲨悖论的中心。尽管它们体型庞大,性情温和,但要了解它们的任何信息还是非常非常困难。几十年来,关于鲸鲨的一些基本事实——它们去哪里,它们能活多久,甚至有多少——科学家们都没有弄清楚。

一个最近的研究生物科学这在很大程度上要归功于一个在线数据库的重大贡献,鲸鲨野生书.这个跨学科的、洲际的数据库的关键同样是矛盾的。它涉及使用一种用来筛选恒星图片的工具来识别鲸鲨。

鲸鲨张开嘴。
鲸鲨张开嘴。西蒙•皮尔斯

《鲸鲨野生书》始于三个人的合作:一个叫杰森·霍尔姆伯格的程序员,一个叫扎文·阿尔祖马尼安的NASA天体物理学家,以及在西澳大利亚的宁格洛海洋公园研究鲸鲨的生物学家布拉德利·诺曼。2002年,热衷潜水的霍姆伯格去红海旅行,意外遇到了一头鲸鲨。霍尔姆伯格的老朋友阿祖马尼安说:“他被吓到了。”“他只是爱着这只动物。他想尽一切办法去学习。”

同年晚些时候,霍姆伯格进行了第二次鲸鲨之旅,这一次他陪同研究人员进行了标记探险。标记——将一个物理物体附着在动物的身体上——是生物学家用来了解个体和种群的常用方法。Arzoumanian说:“想想鸟腿上的带子,或者鹿耳朵上的标签。”随着时间的推移,你会建立起一个数据集。”这允许您跟踪迁移路线、评估种群的健康状况,或者只是随时间跟踪一个成员。

多年来,随着技术的进步,比如无线电芯片和可移动标签,物理标签得到了增强GPS项圈.尽管如此,“传统的标签可能是侵入性的,”Arzoumanian说。“你必须离得近一些。这个过程可能会让动物感到不安。”这也并不总是有效,例如,鲸鲨通常会摆脱它们的标签,或者可能最终远离研究小组最初给它们的标签。

乔治亚水族馆的鲸鲨。
乔治亚水族馆的鲸鲨。扎克·沃尔夫/CC BY-SA 2.5

尽管鲸鲨在物理标记方面做得不好,但事实证明,鲸鲨很适合采用一种侵略性较小的方法:光识别,即用独特的自然标记取代人工标记。例如,斑马有独特的条纹。虎鲸有独特的背鳍.鲸鲨身上布满了明亮的白色斑点和线条,每条鲨鱼的图案都是独一无二的,就像一个巨大的指纹分布在它的头部、背部和鳍状肢上。通过对特定个体使用更传统的标记方法,诺曼等研究人员已经确定,这些模式在每条鲨鱼的一生中都是稳定的。每条鲨鱼可能都戴着身份徽章。

研究人员一直在用手头的资源拼凑数据库。“(诺曼)和其他人会拍照,打印,并把它们存储在鞋盒里,”Arzoumanian回忆道。“每隔一段时间,他们就会把这些斑点撒在桌子或地板上,用手和膝盖跪下来,试着用眼睛来匹配(斑点)。”尽管令人印象深刻,但“这是不可扩展的,”Arzoumanian说。“杰森说,‘等一下,我们现在是在21世纪。一定有更好的办法。’”

在诺曼的帮助下,霍姆伯格开始制作后来的《鲸鲨野生书》。想象着公民科学家和研究人员的参与,他建立了照片上传功能和组织系统。但仍缺少一件事:一种可以用手和膝盖跪下来比较鲸鲨斑点的算法。阿祖马尼安说:“当涉及到核心的模式匹配时,他有点陷入了困境。”

由哈勃太空望远镜拍摄的恒星和星系照片。
由哈勃太空望远镜拍摄的恒星和星系照片。NASA戈达德太空飞行中心

所以Arzoumanian开始和NASA的一位同事交谈。最终,“我们共同意识到,真正需要比较的并不是两张图像,而是每张图像中斑点的位置,”他说。“这让我们意识到,等一下:这就像恒星的图案。”他解释说,天文学家总是在通过望远镜拍摄天空的照片,他们需要计算机程序来识别被仔细观察的区域,而不管望远镜的放大率或夜晚的时间。

Ed Groth创建的一种算法已经在为哈勃望远镜的天文学家们努力工作,通过利用三角形独特的几何特性。Arzoumanian解释道:“三角形总是相同的形状,无论它们是大是小,或者是否旋转。”该算法找到图像中所有可能由恒星组成的三角形,列出它们,并比较由不同图像生成的列表。如果三角形匹配,星形补丁也必须匹配。

阿祖马尼安打电话给格罗斯,格罗斯表示祝福。于是他,霍姆伯格和诺曼开始摆弄明星数学让它在鲸鲨身上起作用.Arzoumanian说:“可能最重要的调整是让它不那么精确。”“对于星形图案,几何形状总是相同的。鲸鲨的几何形状会发生变化:有时它会向你游去或游向你,有时它会向左或向右滚动。”为了解释生物的奇思妙想,他说,“我们必须让算法稍微马虎一点。”

Wildbook的一位撰稿人正在拍摄鲸鲨的左侧。
Wildbook的一位撰稿人正在拍摄鲸鲨的左侧。西蒙•皮尔斯

这招奏效了,《鲸鲨Wildbook》开始运作。研究人员和公民科学家可以上传他们看到的鲸鲨的照片——理想情况下,是它左鳃缝后面的一块有斑点的皮肤——以及其他相关信息,包括鲨鱼的估计长度和目击地点。然后,算法会找出这是一条新的鲨鱼还是它已经知道的鲨鱼,并相应地更新文件。(它还会向以前见过这条鲨鱼的人发送电子邮件,让他们知道它的下落。)如果算上从一些比较粗糙的纸笔数据库中扫描到的追溯条目,该网站目前已将25年来与6091种不同鲨鱼的近3万次接触分类。

将所有这些信息集中在一起,科学家们就能对这些温和的庞然大物得出新的结论。根据这篇新论文的细节,研究人员已经确定了各种鲸鲨热点地区,包括菲律宾、马尔代夫和莫桑比克附近。他们也开始更多地了解它们的运动和习惯,并发现大多数个体倾向于保持在同一范围内,而不是四处移动。

研究人员也在不断改进网站。“多年来,我们已经添加了其他的模式匹配算法,”Arzoumanian说,其中一些可能会捕捉到原始算法遗漏的匹配。这些新算法大部分都是借鉴的,不是来自太空望远镜,而是来自更现代的努力:例如,人脸识别技术或自动驾驶汽车。他们也将Wildbook的概念应用于其他物种,包括蝠鲼而且长颈鹿

其他错误则更难预料。例如,动物本身的影响。阿祖马尼安曾两次与鲸鲨一起潜水,但没有任何有用的身份照片。“尤其是第一次,我在水里和这个东西在一起时非常震惊。它是如此巨大,”他说。“它大得吓人,很温顺,很高兴地无视我。我没能及时镇定下来拍一张像样的照片。”我们也许可以利用恒星数学,把它带到海底,但它仍然很难纠正,因为敬畏。