Kan data redde delfiner? Hvordan videnskabsmænd bruger NASA-data til at studere sammenhængen mellem solstorme og dyrestrande

Det ældgamle mysterium om, hvorfor ellers sunde delfiner, hvaler og marsvin bliver strandet langs kyster verden over bliver dybere:Efter et samarbejde mellem NASA-forskere og havbiologer, ny forskning tyder på, at rumvejr ikke er den primære årsag til stranding af dyr - men forskningen fortsætter. Samarbejdet søger nu andre til at deltage i deres søgen efter de faktorer, der sender havpattedyr ud af kurs, i håb om måske en dag at forudsige strandinger, før de sker.

Forskere har længe søgt svaret på, hvorfor disse dyr strander, og et nyligt samarbejde håbede på at finde en klar løsning:Forskere fra et tværsnit af felter samlede massive datasæt for at se, om forstyrrelser af magnetfeltet omkring Jorden kunne være det, der forvirrer disse havdyr, kendt som hvaler. Hvaler menes at bruge Jordens magnetfelt til at navigere. Da intense solstorme kan forstyrre magnetfeltet, forskerne ville afgøre, om de kunne, i forlængelse heraf, faktisk forstyrre dyrenes indre kompas og lede dem på afveje.

Under deres første undersøgelse, forskerne – fra NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland; Den Internationale Fond for Dyrevelfærd, eller IFAW; og Bureau of Ocean Energy Management, eller BOEM – var ikke i stand til at slå en årsagssammenhæng ned.

"Vi har indtil videre erfaret, at der ikke er en rygende pistol, der indikerer, at rumvejret er den primære driver, " sagde Goddards rumvejrforsker Antti Pulkkinen. "Men der er en fornemmelse af, at geomagnetiske forhold kan være en del af en cocktail af medvirkende faktorer."

Nu, holdet åbner deres undersøgelse meget bredere:De beder andre videnskabsmænd om at deltage i deres arbejde og bidrage med data til søgningen efter det komplekse sæt af årsager til sådanne strandinger.

Minedata til forbindelser

Massestrandinger forekommer rundt om i verden og kan påvirke alt fra tre til flere hundrede dyr under enhver given begivenhed. Selvom de er et globalt fænomen, forskere har identificeret visse hot spots:New Zealand, Australien, og Cape Cod, Massachusetts, som alle deler vigtige geografiske egenskaber som skrånende strande og finkornet sediment - faktorer, der menes at spille en rolle i strandinger.

Ved strandinger, der involverer flere dødsfald, obduktioner afslører, at langt de fleste af de afdøde dyr var raske, før de strandede. Nogle forskere antager, at grupper strander, når deres stærke sociale bånd tvinger dem til at følge et nødstedt individ ind i lavt vand.

"Hvaler og delfiner har altid været mytiske emblemer for os, " sagde Desray Reeb, en marinbiolog ved BOEMs hovedkvarter i Sterling, Virginia. "De er intelligente, social og mystisk, og præsentere en spændende udfordring for os at forstå, fordi de er så ligesom os, og dog så anderledes."

Denne særlige undersøgelse var Reebs idé; hun henvendte sig til Pulkkinen om at lancere forskningsindsatsen efter at have hørt hans præsentation om rumvejr i juni 2015. Holdet fokuserede oprindeligt på Cape Cod – det største hot spot i USA – og gennemgik næsten to årtiers IFAW-strandingsobservationer sammen med både jord- og rumbaserede NASA rumvejrdata.

Ligesom vejret varierer på Jorden, af og til medfører tordenvejr og vindstød, den evigt skiftende sol kaster nogle gange massive skyer af solmateriale og magnetiske felter ud i rummet, kaldet koronale masseudstødninger, eller CME'er. Virkningerne af disse udbrud på det nære Jord-rum er samlet kendt som rumvejr. CME'er kan udløse kraftige geomagnetiske storme, hvis de slår ind i Jordens magnetfelt. Hvis solstorme og strandinger virkelig var forbundet, forskerne troede, at de kunne opdage mønstre i Jordens geomagnetiske aktivitet i tiden omkring en strandingshændelse.

"Hvis vi kan bestemme, hvilke forhold der fremmer strandinger og udvikle et varslingssystem, der genkender, hvornår disse faktorer kommer sammen, så kan strandende netværk i forskellige områder forberede sig på begivenheden og få redningsindsats på stedet hurtigere, " sagde projektsamarbejdspartner Katie Moore, IFAWs vicepræsident for bevaring og dyrevelfærd.

Hovedkvarter i Yarmouth Port, Massachusetts, IFAW opererer i 40 lande, redning af dyr og fremme af bevaring for at sikre et sikkert levested for dyrelivet. I Cape Cod, IFAW har udviklet et robust nødberedskabsprogram, der har øget overlevelsesraten ved stranding fra 14 til 75 procent på næsten 30 år. Skift fra reaktive til forudsigelige egenskaber, imidlertid, ville repræsentere en helt ny tilgang til dyreredning. Med finansiering fra BOEM's Environmental Studies Program og NASA's Science Innovation Fund, holdet påtog sig en større datamining-indsats for at tage de første skridt mod at udvikle forudsigelser.

Først, de ledte efter sammenhænge mellem hver strandingsbegivenhed og rumvejrudsigterne på dagen for den begivenhed. Derefter, de flyttede rumvejrdataene efter forskellige tidsperioder – en dag, to dage, 10 dage, og så videre - for at undersøge, om der er en forsinkelse i virkningerne af solaktivitet på strandinger.

Efter at have analyseret alle data, forskerne fandt ud af, at uanset skiftet i tid, rumvejr havde det samme statistiske forhold til hver stranding - hvilket indikerer ingen klar årsagssammenhæng mellem geomagnetisk aktivitet og Cape Cod-strandingerne.

Mens forskerne havde håbet på et eureka-øjeblik, resultaterne af deres analyse fik dem stadig til at overveje, at selvom rumvejr ikke er en primær drivkraft for strandinger, det kan være én faktor blandt flere. At optrevle interaktioner og begivenheder i biologiske scenarier kræver typisk økologiske perspektiver; måske rumvejr, de troede, var en nødvendig komponent i de større økologiske forhold, der fører til massestrandingsbegivenheder.

"Selvom vores analyser indikerede, at geomagnetiske storme sandsynligvis ikke er en væsentlig årsag, det er meget svært, hvis ikke umuligt, fuldstændigt at udelukke enhver mulig faktor fra blandingen, " sagde Pulkkinen. "Vores opfattelse er, at strandinger sandsynligvis er forårsaget af en kompleks kombination af flere miljøfaktorer, så vi ønsker at inkludere det bredest mulige udvalg af mulige parametre i opfølgningsundersøgelsen."

Udvidelse af søgningen

Dykker dybere ned i det komplekse puslespil med massestrandinger, holdet besluttede at udvide deres analyse og inkludere yderligere oceanografiske og atmosfæriske datasæt fra NASAs jordvidenskabelige missioner, inklusive Terra, havudsigtssensoren for bredt synsfelt – eller SeaWIFS, kort sagt – og global nedbørsmåling, samt National Oceanic and Atmospheric Administrations geostationære operationelle miljøsatellit, eller GÅR, mission. På tur, holdet selv udvidede også til at omfatte flere samarbejdspartnere med ekspertise i den stadig mere komplekse statistiske analyse, som projektet krævede.

De yderligere data kan kaste lys over de interagerende forhold, der påvirker hvalers adfærd. For eksempel, tidevand, vind og havoverfladetemperatur kan forstyrre deres migrationsvaner, og havets farve - der henviser til vandets kemiske indhold og partikelindhold - kunne afspejle ændringer i fødekæden.

"NASA har adgang til store oceanografiske datasæt lige fra primær produktivitet til havtemperatur, strøm og vind, " sagde Moore. "For første gang, vi samler enorme datasæt for at studere dette problem. Måske vil vi opdage, at der er en 'perfekt storm' af forhold, der fører til en stranding."

For at afgøre, om de har fundet en plausibel forklaring på en stranding, teamstatistikerne bygger modeller, der forsøger at lave forudsigelser inden for deres datasæt. De fjerner en lille delmængde af dataene, og hvis deres model nøjagtigt kan kopiere de manglende stykker, forskerne kan være på rette vej.

"Disse miljø- og dyreobservationer er støjende data, så hvad end vi finder, vi skal tage med et gran salt, " sagde Erdem Karaköylü, en Goddard jordvidenskabelig dataanalytiker og oceanograf, der sluttede sig til holdet under dets udvidelse. "Men det er også et rigt datasæt. Når du har mange data, det er nemmere at kassere det, der ikke er nyttigt."

Mens holdets første opmærksomhed er rettet mod Cape Cod, deres forskning har betydning for at forhindre strandinger over hele kloden. Ifølge Reeb, hvert stranding hot spot kræver individualiseret undersøgelse, men de faktorer, der påvirker strandinger, kan være de samme globalt – dog i varierende grad af betydning. Derudover holdets nuværende prioritet er at lægge grunden til fremtidige undersøgelser ved at udvikle metoder til lagring og analyse af flere datasæt. De forestiller sig at bygge et open source-værktøj, der vil gøre det muligt for forskere over hele verden at samarbejde og studere strandinger i deres område på en lignende måde.

Moore håber stadig på, at hendes team en dag vil have en forudsigelsesmodel til at støtte deres redninger, i sidste ende gør dem i stand til at redde flere dyr. I mellemtiden, holdet vil fortsætte med at inspicere lagene af data for interaktioner og mønstre, uddybe deres forståelse af massestrandinger og skabe præcedens for fremtidige tværfaglige studier.

"I de sidste årtier, vi videnskabsmænd har ofte arbejdet isoleret, alle holder sig til deres eget speciale og besvarer spørgsmål fra deres perspektiv, " sagde Reeb. "Denne spændende undersøgelse bringer fantastiske mennesker med forskellig ekspertise sammen for at besvare et spørgsmål, der har konsekvenser over hele linjen."

For mere information om det igangværende projekt, besøg:http://spaceweathercenter.cua.edu/strandings-project.cfm