Wie KI die Geheimnisse des Meereslebens in der Tiefsee entschlüsseln könnte
Irgendwo im Nordatlantik, mehr als einen Kilometer unter seiner Oberfläche, erstreckt sich ein Kaltwasserkorallenriff über einen namenlosen Meeresberg. Obwohl dieser Unterwasserwald nie auf einer Karte erscheint, existiert er schon seit Jahrhunderten und wächst jedes Jahr um ein oder zwei Zentimeter.
Das Riff ist Heimat und Nahrungsgebiet für Dutzende Arten, die darauf angewiesen sind, so wie Waldtiere auf Bäume angewiesen sind. Es hat Eiszeiten überstanden – aber ob es den zunehmenden Belastungen durch Industriefischerei, Tiefseebergbau und Klimawandel standhalten wird, ist zum Teil eine Frage der Daten. Wenn wir nicht wissen, dass es existiert, wie können wir es dann schützen?
Ein neues Projekt namens Deep Vision könnte unser Verständnis der Tiefsee grundlegend verändern, indem es Bilder und Videos untersucht, die in Forschungsarchiven auf der ganzen Welt weitgehend ungeprüft liegen. Durch den Einsatz von KI können Tausende Stunden an Meeresbodenaufnahmen analysiert werden, um die ersten umfassenden Karten gefährdeter Meeresökosysteme im gesamten Atlantikbecken zu erstellen.
In den letzten zwei Jahrzehnten haben robotische und autonome Unterwasserfahrzeuge riesige Mengen an Filmmaterial aus der Tiefsee gesammelt. Dies stellt eine außergewöhnliche Ressource dar – eine Aufzeichnung von Ökosystemen, die die meisten Menschen niemals zu Gesicht bekommen werden.
Die Schwierigkeit besteht darin, dass weniger als die Hälfte dieser Bilder jemals analysiert wurde. Die Bearbeitung eines einzelnen Tauchgangs kann bei einem ausgebildeten menschlichen Analytiker zwei Monate dauern. Multiplizieren Sie das mit Tausenden von Tauchgängen und Sie werden verstehen, warum dieser Informationsschatz weitgehend unter Verschluss gehalten wurde.
Die Lösung, davon bin ich überzeugt, ist künstliche Intelligenz.
In einer im Jahr 2022 veröffentlichten Studie haben meine Kollegen und ich gezeigt, dass KI trainiert werden kann, um über 58.000 Tiefseebilder in weniger als zehn Tagen erfolgreich zu analysieren. Mithilfe des KI-Modells konnten wir die Verbreitung eines fragilen Xenophyophors – eines riesigen einzelligen Organismus, der ein anerkannter Indikator für gefährdete Meeresökosysteme ist – in einer Tiefe von 1.200 Metern im Nordostatlantik kartieren. Was ein menschlicher Analytiker viele Monate gebraucht hätte, wurde in wenigen Tagen erreicht.
KI sorgt auch für Konsistenz. Menschliche Analysten, wie erfahren sie auch sein mögen, sind nicht immer einer Meinung. Tatsächlich sind sie sich nicht immer einig: Ein Forscher, der Meeresarten identifiziert, kann Exemplare zu unterschiedlichen Zeiten unterschiedlich klassifizieren. Eine Maschine macht Fehler, aber sie macht sie regelmäßig, was bedeutet, dass diese Fehler identifiziert, korrigiert und berücksichtigt werden können.
Wälder der Tiefe
Deep Vision konzentriert sich speziell auf das, was wir als gefährdete Indikatortaxa für Meeresökosysteme bezeichnen, wie Tiefseekorallen und Schwämme.
Dies sind die Organismen, die ich als die Wälder der Tiefe betrachte. In einer Umgebung, in der es keine Pflanzen als Lebensraum gibt, erfüllen diese Tiere diese Rolle. Sie sind Schlüsselorganismen im wahrsten Sinne des Wortes: Werden sie entfernt, bricht das Ökosystem zusammen.
Sobald die KI Biodiversitätsbeobachtungen aus den Bildern extrahiert hat, besteht der nächste Schritt darin, Modelle zur Lebensraumeignung zu erstellen – Vorhersagekarten, die unser Verständnis über die spezifischen Orte hinaus erweitern, die Kameras erfasst haben.
Unsere Forschung zeigt, dass hochauflösende Habitateignungsmodelle ein nützliches Instrument im Raummanagement sind und Entscheidungen darüber treffen können, wo Meeresschutzgebiete gelegen werden sollten. Die Qualität der zugrunde liegenden Meeresbodendaten bleibt jedoch entscheidend für deren Leistung.
Als Meeresbiologe werde ich manchmal gefragt, warum Menschen sich um einen Schwamm kümmern sollten, der zwei Kilometer unter der Oberfläche des Atlantiks lebt. Das ist eine berechtigte Frage, und die Antwort ist unmittelbarer, als die meisten Menschen erwarten. Diese Tiere recyceln lebenswichtige Nährstoffe und spielen eine Schlüsselrolle im Kohlenstoffkreislauf, und das betrifft uns alle.
Der Ozean ist der Maschinenraum eines planetarischen Lebenserhaltungssystems, und eine wirksame Bewirtschaftung des Ozeans erfordert das bestmögliche Verständnis der darin lebenden Arten und Ökosysteme.
Wenn dieses Projekt im Atlantik gelingt, könnten die Methoden in anderen Meeresbecken repliziert werden. Der Pazifik, der Indische Ozean und das Südpolarmeer stellen alle vor die gleichen Herausforderungen: unzureichende Daten und riesige unerforschte Gebiete.
Kerry Howell, Professor für Tiefseeökologie, Plymouth Marine Laboratory
