AI帮世界上“最孤独”植物找对象
2024/07/15 | via.媒体 澳大利亚“对话”网站 | 收藏本文
古生物学家理查德·福尔泰在有关生命进化的书中写道:“这无疑是世界上最孤独的生物。”
他指的是产自南非的一种植物——伍德苏铁。伍德苏铁作为苏铁家族中的一员,有着粗壮的树干和大而坚硬的叶子,这些叶子形成了一个巨型的皇冠。这种适应性强的植物活得比恐龙长,而且挺过了多次大灭绝。它们曾经分布广泛,但如今是地球上最受威胁的物种之一。
目前已知的唯一野生伍德苏铁是植物学家约翰·梅德利·伍德于1895年发现的,当时他正在南非的恩戈耶森林中进行植物学考察。他试图在附近寻找更多的这种植物,但没有找到。在接下来的几十年里,植物学家切下它的茎和枝条,移植到花园中进行培育。
由于担心最后的茎会被破坏,林业部于1916年将其从野外移走,在南非比勒陀利亚的一个围场内将之保护起来,使野外的伍德苏铁灭绝。从那以后,这种植物开始在全世界繁殖。然而,伍德苏铁面临生存危机。所有的伍德苏铁都是从恩戈耶森林中的那株无性繁殖而来。它们都是雄株,没有雌株,自然繁殖是不可能的。伍德苏铁的生长过程既关乎生存,也关乎孤独。
我的团队的研究灵感来自于这种孤独植物的困境,以及野外可能仍然存在雌株的伍德苏铁。我们的研究包括利用遥感技术和人工智能(AI)来协助我们在恩戈耶森林寻找伍德苏铁的雌株。
伍德苏铁有着粗壮的树干和大而坚硬的叶子,这些叶子形成了一个巨型的皇冠。
苏铁是现存最古老的植物之一,由于它们的进化史可以追溯到大约3亿年前的石炭纪,因此通常被称为“活化石”。在中生代(2.5亿至6600万年前),也叫苏铁时代,这种植物随处可见,它们在这个时代温暖湿润的气候环境中茁壮成长。
尽管苏铁很像蕨类植物和棕榈树,但与它们没有关系。苏铁是裸子植物,这个群体中包括针叶树和银杏。与开花的植物不同,苏铁利用球果进行繁殖。在成熟并生出壮观的球果前,无法分辨雄株和雌株。雌株苏铁的球果一般大而圆,雄株的球果则更长更细。雄株球果产生花粉,由昆虫把它们带给雌株的球果。这种古老的繁殖方法在数百万年里基本没有改变。
尽管长寿,但如今苏铁被列为地球上最濒危的生物之一,其中大多数物种被认为面临灭绝威胁。这是因为它们的生长和繁殖周期缓慢,一般需要10到20年才能成熟,然而森林砍伐、放牧和过度采集导致苏铁的栖息地流失。苏铁已经成为植物稀有的标志。
惊人的外观和古老的世系使苏铁在异国风情的观赏园艺中大受欢迎,并催生了非法贸易。罕见的苏铁可以卖出每厘米620美元(约合495英镑)的价格,而有些样本单价能卖到数百万英镑。盗采苏铁对它们的生存构成了威胁。
伍德苏铁是最贵重的物种之一。它在植物园中得到了保护,并有一些安全措施防止它被盗采。为了寻找雌株伍德苏铁,我们利用创新技术从垂直角度对森林中的区域进行搜索。2022年和2024年,我们的无人机搜索覆盖了195英亩(约合80公顷)或148个足球场大小的区域,利用无人机拍摄的数千张照片绘制出详细地图。但这个区域对于占地1万英亩的恩戈耶森林来说仍只是一小块。
我们的人工智能系统增强了这种搜索的效率和准确性。由于伍德苏铁被认为在野外绝迹,我们在人工智能模型的训练中使用合成图像来提高它的搜索能力,通过一种图像识别算法,在不同的生态环境中通过外形来识别苏铁。全球很多植物物种正在以惊人的速度消失。由于现有的所有伍德苏铁都经由无性繁殖而来,面对环境变化和疾病,它们的遗传多样性潜力有限。
著名的例子包括19世纪40年代的爱尔兰大饥荒,当时都是一个品种的无性繁殖马铃薯加剧了这场危机。此外还有易受巴拿马病影响的香芽蕉(又称华蕉),这种病会威胁香蕉的产量,就像20世纪50年代产量受到病菌威胁的大麦克香蕉一样。
找到雌株意味着伍德苏铁将不再处于灭绝的边缘,可能会使这一物种复活。有了雌株就可以进行有性繁殖,带来遗传多样性,这将标志着保护工作取得突破。伍德苏铁的困境令人警醒,提醒我们地球上生物的脆弱性。但我们对伍德苏铁的搜索表明,如果我们迅速采取行动,即使对最濒危的物种来说也还有希望。
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