تکنولوژی صدابرداری زیستبومی یا اکوآکوستیک
گردآوری و ترجمه: فصلنامۀ صنوبر
در دنیای امروز که تنوعزیستی با سرعت نگرانکنندهای در حال کاهش است، نیاز به روشهای نوین و کارآمد برای پایش و حفاظت از اکوسیستمها بیش از پیش احساس میشود. در این میان، تکنولوژی صدابرداری زیستبومی یا اکوآکوستیک به عنوان یکی از پیشرفتهترین و مؤثرترین ابزارهای پایش اکولوژیکی ظهور کرده است. این تکنولوژی که گاهی اوقات «اکوآکوستیک» یا «بیوآکوستیک» نیز خوانده میشود، مبتنی بر ضبط صداهای طبیعی در محیطهای مختلف برای مطالعه و تحلیل وضعیت اکوسیستمها است.
تکنولوژی صدابرداری زیستبومی بر این اصل استوار است که هر اکوسیستم دارای یک امضای صوتی منحصر به فرد است که از ترکیب صداهای (یا ارتعاشهای) موجودات زنده (بیوفونها)، صداهای غیرزنده مانند باد و باران (ژئوفونها) و صداهای ناشی از فعالیتهای انسانی (آنتروپوفونها) تشکیل شده است. این صداها نه تنها وجود گونههای مختلف را نشان میدهند، بلکه اطلاعات ارزشمندی دربارۀ رفتار آنها، تعاملات بین گونهای و سلامت کلی اکوسیستم ارائه میکنند.
طبیعــت پــر از صداهایــی اســت کــه توســط اتمســفر، آب و جامــدات منتقــل میشــوند. صدا شــکلی از انرژی اســت که بــه واســطۀ ارتعــاش اشــیاء در اثــر یــک نیــروی حاصــل از رخدادهــای طبیعــی (ژئوفونهــا و بیوفونها) و یــا منابع انسانی (تکنوفونها) تولید میشود (Farina, 2014). اکثر گونههای جانوری یا به صداها حساس هستند یا خود مولد صــوت هســتند. همچنین مشــاهده شــده اســت کــه برخی از گیاهــان در واکنــش بــه ارتعاشــات آکوســتیک، ســاختار سلولیشان را تغییر میدهند (Appel & Cocroft, 2014).
اخیراً صداهــای طبیعــی و انســانی، بــه عنــوان اجــزای فعــال دینامیکهــای اکولوژیکــی در سیســتمهای آبــی و خشــکی شــناخته شــدهاند و در نتیجــه تمایــل رو بــه رشــدی در اســتفاده از صداهــای محیطــی، بــرای بررســی مکانیســمهایی که در محیطزیســت پیچیدگی اکولوژیکی ایجاد میکنند، وجود دارد (Farina, 2014, Towsey et al., 2014). شــواهد تجربی متعــددی وجود دارد که صداهای زیســتی و غیرزیســتی، عوامل دقیقی برای بررســی و تفسیر فرآیندهای مختلف اکولوژیکی هستند (Towsey et al., 2014). بــا رویکــرد اکوآکوســتیک، توصیــف پدیدههــای پیچیــدهای کــه توســط ارتباطــات آ کوســتیک (صوتی) حیوانــات و مکانیســمهای ادراکــی آنهــا فعــال میشــوند، امکانپذیر است (Sueur et al., 2014).
دستگاههای مورد استفاده در این تکنولوژی معمولاً شامل ضبطکنندههای خودکار صدا هستند که میتوانند برای هفتهها یا حتی ماهها در محیطهای طبیعی نصب شده و به طور مداوم صداهای محیط را ضبط کنند. این دستگاهها مجهز به حسگرهای حساس، باتریهای با عمر طولانی و حافظههای با ظرفیت بالا هستند که امکان جمعآوری حجم عظیمی از دادههای صوتی را فراهم میکنند.
یکی از چالشهای اصلی در این زمینه، تحلیل حجم عظیم دادههای جمعآوری شده است. یک پروژۀ پایش صوتی میتواند به راحتی ترابایتها دادۀ صوتی تولید کند که تحلیل دستی آنها غیرممکن است. اینجاست که هوش مصنوعی و الگوریتمهای یادگیری ماشین به کمک میآیند. این الگوریتمها میتوانند گونههای مختلف را بر اساس الگوهای صوتی آنها شناسایی کنند، تغییرات زمانی در فعالیتهای صوتی را ردیابی نمایند و حتی روابط پیچیدۀ بین گونههای مختلف را تحلیل کنند.
در زمینۀ حفاظت از تنوعزیستی، این تکنولوژی کاربردهای متعددی دارد. از جمله میتوان به پایش حضور و فراوانی گونههای مختلف، به ویژه گونههای کمیاب و در معرض خطر اشاره کرد. برای مثال، در جنگلهای بارانی استوایی که مشاهدۀ مستقیم حیوانات دشوار است، صدابرداری میتواند اطلاعات ارزشمندی دربارۀ حضور و جمعیت پرندگان، پستانداران و دوزیستان ارائه دهد.
همچنین این تکنولوژی در ارزیابی اثرات فعالیتهای انسانی بر اکوسیستمها بسیار مفید است. با مقایسۀ صداهای ضبط شده در مناطق دستنخورده با مناطق تحت تأثیر فعالیتهای انسانی، میتوان تأثیرات مخربی مانند قطع درختان، توسعۀ زیرساختها و آلودگی صوتی را شبیهسازی کرد. مطالعهای که توسط دانشگاه کمبریج در سال ۲۰۲۳ انجام شد، نشان داد که شدت صدا در مناطق حفاظت شده به طور متوسط ۳۰ درصد کمتر از مناطق مجاور است.
اکوآکوستیک و تغییرات اقلیمی- تغییرات اقلیمی نیز از جمله موضوعاتی است که با استفاده از این تکنولوژی قابل مطالعه است. تغییر در الگوهای مهاجرت پرندگان، زمانبندی فعالیتهای فصلی حیوانات و توزیع جغرافیایی گونهها همگی میتوانند از طریق تحلیل دادههای صوتی ردیابی شوند. این اطلاعات به دانشمندان کمک میکند تا درک بهتری از چگونگی پاسخ اکوسیستمها به تغییرات اقلیمی پیدا کنند. حساسیت عملکردهای صوتی حیوانات، بررسی اثرات تغییر اقلیمی را با کیفیت بالایی، حتی در تغییرات حداقلی پارامترهای فیزیکی محیطزیست (مثلاً دما، رطوبت، اسیدیتۀ محیط آبی) امکانپذیر میکند (فارینا، ۲۰۱۴). اطلاعات بهدســتآمده از بررســیهای اکو-آکوســتیک (مانند حضور گونهها، مدتزمان، فرکانــس و تغییــر دامنــۀ آهنگها، مدتزمان و پیچیدگی همســرایی، ســطح همپوشــانی جایــگاه جوامــع آکوســتیک، تنــاوب رویدادهــای آکوســتیک) میتوانــد بهعنــوان ابــزار پیشبینــی بــرای پیشــنهاد اقدامات فوری و ایجاد نشــانههای ارزشــمند بــرای ذینفعان و سیاســتگذاران قبــل از رخ دادن تغییرات محیطزیستی غیرقابلبرگشــت بهکار رود که در زمان و منابع اقتصادی صرفهجویی میکند. کشــف تغییــرات اولیــۀ ایجادشــده در زیســتگاه و جوامع حیوانــات، کمک بزرگی بــرای کاهش خسارتهای محیطزیستی، اقتصادی و پیامدهای اثرات انسانی خواهد بود.
اکوآکوستیک و نویز (Noise)- در طی دو قرن اخیر، بسیاری از صداهای طبیعی با صداهای جدید با منشأ انسانی پوشانیده و یا جایگزین شدهاند (Pivato, 2011). نویز میتواند به عنوان صدایی که حاوی اطلاعاتی اندک است (با سطح بالایی از بینظمی ارتعاشی) تعریف شود، که دیگر منابع صوتی را میپوشاند و همچنین بر فضای فعال مورد استفادۀ توسط حیوانات خشکیزی و آبزی برای برقراری ارتباط تأثیرگذار است. از نظر اجتماعی یا روانشناختی، نویز به هر صدایی که ایجاد مزاحمت کرده و سلامت افراد را تحت تأثیر قرار میدهد، تعریف میشود. بر اساس رویکرد اکوآکوستیک، نویز بخشی از طیفهای صوتی است که به خودی خود اطلاعاتی ارائه نمیکند. نویز و توزیع زمانی و مکانی آن را میتوان برای شناسایی رویدادهای اکوآکوستیک و ارزیابی کیفیت آکوستیک مکانها در سراسر منظر با فرض پیامدهای اقتصادی مرتبط، مورد استفاده قرار داد. این زمینه از تحقیق، از اهمیت روبه رشدی به دلیل افزایش نفوذ انسان در محیطهای مختلف و همچنین در مکانهای بسیار دور برخوردار است. منابع نویز توسط طبیعت (ژئوفونها مانند: باد و باران سنگین، بیوفونها مانند: همسرایی حیوانات) و یا فرایندهای انسانمنشأ (تکنوفونها مانند: موتورهای احتراقی یا اصطکاک چرخدنده) ایجاد میشوند. نویز آکوستیک پیاندهای مهمی در عملکردهای مختلف حیوانات مانند انتخاب زیستگاه، جفتیابی، ردیابی منابع و مکانیسمهای شکار دارد. اثرات آلودگی صوتی بر روی انسانها متعدد، پراکنده و مداوم بوده و همچنین اخیراً از لحاظ پزشکی و اجتماعی نیز مورد بحث قرار گرفته است (فارینا، ۲۰۱۴).
در مدیریت مناطق حفاظتشده، این تکنولوژی میتواند به عنوان یک سیستم هشدار اولیه عمل کند. با نصب ضبطکنندههای صدا در مناطق مختلف یک پارک ملی، میتوان فعالیتهای غیرقانونی مانند شکار، قطع درختان و تجاوز به حریم مناطق حفاظت شده را شناسایی کرد. این سیستمها میتوانند به طور خودکار صداهای مشکوک مانند صدای شلیک، اره برقی یا وسایل نقلیۀ موتوری را تشخیص داده و به مسئولان هشدار دهند.
در پروژههای احیای اکوسیستم، صدابرداری زیستبومی میتواند معیاری برای سنجش موفقیت پروژه باشد. با مقایسۀ صداهای ضبط شده قبل و بعد از اجرای پروژههای احیایی، میتوان بازگشت گونههای مختلف و بهبود سلامت اکوسیستم را شبیهسازی کرد. برای مثال، در پروژۀ احیای تالابها، افزایش تنوع و فراوانی صداهای پرندگان میتواند نشانهای از موفقیت پروژه باشد.
با وجود مزایای متعدد، این تکنولوژی با چالشهایی نیز روبهرو است. هزینۀ اولیۀ تجهیزات، نیاز به تخصص فنی برای تحلیل دادهها، و چالشهای مربوط به ذخیرهسازی و مدیریت دادههای حجیم از جمله این محدودیتها هستند. همچنین، تفسیر دادههای صوتی نیاز به درک عمیق از بومشناسی صوتی و رفتار گونهها دارد.
با این حال آیندۀ این تکنولوژی بسیار امیدوارکننده به نظر میرسد. پیشرفتهای اخیر در زمینۀ هوش مصنوعی، کاهش هزینۀ تجهیزات و افزایش دسترسی به این فناوری در کشورهای در حال توسعه، امکان استفادۀ گستردهتر از این تکنولوژی را فراهم کرده است. همچنین، توسعۀ شبکههای جهانی پایش صوتی میتواند به ایجاد یک بانک اطلاعاتی جامع از صداهای طبیعت در سراسر جهان منجر شود.
تکنولوژی صدابرداری زیستبومی ابزار قدرتمندی است که میتواند انقلابی در روشهای پایش و حفاظت از تنوعزیستی ایجاد کند. نقش صدا اهمیت وافری برای بســیاری از فرآیندهــای ا کولوژیکی دارد و ابــزار جدیــد و نوینــی را بــرای تجزیه وتحلیــل پدیدههایــی ارائــه میدهــد کــه تا کنــون در تحقیقات اکولوژیکی توســط فناوری ســنجش از راه دور نادیده گرفته شدهاند. این تکنولوژی نه تنها امکان جمعآوری دادههای دقیق و مستمر را فراهم میکند، بلکه میتواند به عنوان پلی بین علم حفاظت و فناوریهای پیشرفته عمل کند. با توجه به سرعت فعلی از دست دادن تنوع زیستی، به کارگیری چنین فناوریهای نوآورانه ای نه تنها مفید بلکه ضروری به نظر میرسد.
انتظار میرود که در آیندۀ نزدیک، اکوآکوستیک، بهعنوان رشتهای که با دیدگاه اکولوژیک به بررسی صدا میپردازد، سهم بزرگی را در پژوهشهای اکولوژیکی به خود اختصاص داده و پژوهش در مورد گونههای فردی، جمعیتها، جوامع و مناظر را ارتقاء دهد. بهویژه در محیطهای دریایی استفاده از اکو-آکوستیک، به دلیل دشواری در مطالعۀ منظر دریا با دســتگاههای دیگر، بســیار حائز اهمیت اســت. کاربرد اکو-آکوستیک در مطالعۀ تغییرات اقلیمی و نویزهای با منشــأ انســانی، نمونههایی است که اهمیت این رشــتۀ نوظهور را در زمینههای نظری و کاربردی نشــان میدهد. اکوآکوســتیک همچنین ابزاری مهم برای بررسی فرآیندهای پیچیدهای که در مقیاس مناظر طبیعی و دستکاریشدۀ انسانی رخ میدهند، به شمار میرود (فارینا، ۲۰۱۴).
منابع
- آلمو فارینا، ترجمه: امین حبیبی، اکوآکوستیک، ابزاری جدید برای بررسی پیچیدگی اکولوژیکی، فصلنامۀ منظر، شمارۀ ۳۲ (پاییز ۱۳۹۴)، ص ۸۸-۹۳.
- Buxton, R. T., et al. (2023). The effectiveness of acoustic monitoring in conservation. Ecological Indicators, 135, 108487.
- Farina, A. (2014). Soundscape Ecology. Springer, Dordrecht.
- Sueur, J., & Farina, A. (2014). Ecoacoustics: the ecological investigation and interpretation of environmental sound. Biodiversity and Conservation, 24(11), 2717-2731.
- Towsey, M., et al. (2024). Advances in ecoacoustic monitoring technologies. Frontiers in Ecology and Evolution, 12, 789123.
- University of Cambridge. (2023). Soundscape Ecology and Conservation. Cambridge Press.