Havets oumbärliga minsting kartläggs
Tema AI och människan
Hur påverkar ett varmare klimat ekosystemet? Genforskare på KTH kartlägger förändringar hos havets plankton för att komma närmare svaret. Med hjälp av AI-baserad bildanalys har forskningen tagit ett stort steg framåt.
Anders Anderssons forskargrupp inom genteknologi siktar på att förbättra den svenska marina miljöövervakningen som bevakar och skyddar den känsliga havsmiljön. Forskarna samarbetar med SMHI:s oceanografiska forskningsenhet som tar fram underlag för bedömningar av hur havsområdena mår.
Fokus är på de miljardtals mikroorganismer som finns i vattnet. Olika planktonarter kartläggs och analyseras i syfte att förstå näringsbehov, släktskap och anpassningar till miljön.
I ett nytt projekt används en högteknologisk kamera, Imaging Flow Cytobot, monterad på forskningsfartyget Sveas expeditioner i Skagerrak, Kattegatt och Östersjön. Expeditionerna genererar hundratusentals bilder på plankton som analyseras med ett så kallat neuralt nätverk som tränats att känna igen de olika arterna.
– AI är oslagbart när det gäller bildanalys. Det är avsevärt effektivare och vi kan analysera väldigt stora datamängder, och till en lägre kostnad. Utvecklingen går snabbt framåt där AI-metoderna också är på väg att ge säkrare resultat, säger Anders Andersson , professor i metagenomik, som leder forskargruppen.
Eftersom allt material sparas kan man även enkelt göra nya analyser av bilderna allt eftersom AI-algoritmerna förbättras.
Plankton förändras
Forskare har tidigare visar hur sammansättningen av havsplankton förändrats över tid, antagligen som en följd av klimatförändringar. Vissa arter, som kiselalger, har minskat samtidigt som antalet cyanobakterier har ökat i många områden.
Vilka konsekvenserna kan bli av skiftningen i planktonvärlden är det idag ingen som vet säkert. Forskningsresultaten pekar åt olika håll. Rapporter har visat brister på vitamin B1 hos bland annat lax och ejder. Detta kan ha att göra med minskningen av kiselalger, men är ännu inte klarlagt. Också tidigare farhågor om att vissa små kräftdjur skulle dö ut har delvis kommit på skam, förklarar Anders Andersson.
– Det är en mängd pusselbitar som ska läggas på plats framöver för att vi ska kunna få en komplett bild av hur ekosystemet påverkas.
Samtidigt är det mycket som står på spel. Havets plankton skapar hälften av världens syre och producerar föda för hela näringskedjan i vattnet – från små kräftdjur upp till sälar.
– Ju mer och tillförlitligare data som samlas in, desto mer kan vi lära oss om hur havet fungerar och sätta in lämpliga åtgärder vid behov.
Oväntade beteenden
Med AI-verktygets hjälp har forskargruppen tillsammans med SMHI även kunnat få en mer nyanserad kunskap om växtplanktons beteendemönster. Den visar att plankton är ”dagpendlare” och rör sig från ytan på dagen ned till djupet där de hämtar näring under natten. Även detta en värdefull pusselbit för att komma närmare en mer komplett bild.
– Vi visste inte att detta var ett så omfattande beteende och det hade varit extremt tidskrävande att analysera med traditionell mikroskopi, säger Karin Garefelt , doktorand som jobbar med att programmera AI-nätverk för planktonanalys.
När kan man säga något mer säkert om vilken påverkan förändringar hos havets plankton har på ekosystemet?
– Förhoppningsvis har man inom en tioårsperiod hämtat hem tillräckligt med data om havets näringsväv ner till planktonnivå. Med en sådan kartläggning som bas kan man bygga modeller av ekosystemet och räkna ut följderna för till exempel fåglar och fiskar, säger Anders Andersson.
Text: Christer Gummeson ( gummeson@kth.se )