手機，將普通人喚進大自然

趙斌

科學技術的發展給人類帶來了便利，也將人類與大自然的距離逐漸拉遠。

如今，更多的年輕人樂意呆在大都市，習慣“宅”在家里，與大自然愈加生疏。這種現象甚至蔓延到科研領域，許多原本該走進大自然的研究者也在不知不覺中更習慣坐在電腦前工作了。過去60多年來，生物教科書中有關自然發展的內容已下降了40%，生物標本采集也日漸衰落。在歐洲和北美，植物標本室的數量從1990年開始就再也沒有增加過。

一些科學家對此憂心忡忡，呼吁博物學研究者走出去，希望那些學習生物的年輕人必須具備觀察和記錄生物學數據的基本技能……

大自然的召喚

然而，僅僅依靠類似搶險的方式來挽救自然科學的發展，似乎并不是一種好的方式。

雖然自然史在生物學研究中不再受到重視，但分子生物學、遺傳學、實驗生物學和生態模擬都得到了蓬勃發展。吊詭的是，這些新興領域的研究最終會依賴于來自大自然的標本和數據。由于缺乏來自大自然至關重要的第一手數據，科學研究和政府決策目前正進入一個發展瓶頸。我們一直都需要通過觀察大自然來充分理解一些事物的來龍去脈。否則，世界上最好的算法也無法準確指導我們去行動。

隨著生物滅絕速率的加快和人們對全球變化問題的關注度日益提高，這些知識顯得愈發重要。對自然的觀察有助于對抗跨物種的傳染病，有助于找到有前途的新藥，有助于管理漁業和森林等自然資源，最終保護物種和生態系統。例如，某些熱帶區域具有警戒色的食草動物所食用的植物，被證明具有對抗腫瘤細胞和某些寄生蟲的生物活性。這是因為熱帶森林中幼嫩的葉子缺乏物理防御機制，但它們的蛋白質含量相對較高，因此進化出很強的化學防御能力。對于一些亟待保護的物種來說，如果我們缺乏對它們的觀察，根本不可能提出任何有實際價值的保護方案。

當前，人類改變自然環境的能力日益增強，也對生態預測產生了前所未有的巨大需求。對復雜自然系統的經驗認知是進行準確預測的基礎。雖然今天的科學家建立復雜系統模型的能力比歷史上任何時期都強，但是基本信息的收集與數據處理情況并不能滿足這些復雜模型日益增長的需求。因此，基本自然知識的缺乏往往限制了預測生態理論的發展。此外，復雜環境系統的行為不能用簡單的模型加以預測，因為缺乏對現實條件下生物的經驗性認識，人們也無法建立起復雜的系統模型。

走下神壇的博物學家

如果說，研究天體運行或者粒子對撞機這類工作距離普通人的生活過于遙遠，大多數人也缺乏研究條件；生物學應該是距離普通人最近的科學研究了；尤其是對有關生物行為和生態系統方面的觀察，幾乎不存在任何門檻。歷史上，那些最早的公民科學范疇的活動，就是從生物觀察與物候記錄開始的。

那么，現在還有沒有博物學家？他們究竟是什么樣子的？事實上，那些酷愛觀察復雜自然界的人們仍然存在，只是他們如今很難被一眼認出。因為這些人不再是攜帶放大鏡的壓花收集者，不再是背著捕蝶網和獵槍的徒步行走者；更重要的是，他們手中攜帶的器械如今只是一臺智能手機。他們大多也不將博物學作為自己的專業和職業，而只是業余愛好者或者公民科學家。

利用新興的現代化工具，昔日風光無限的自然學科有可能超出孤獨的精英博物學家范圍，成為普通人也能參與的一項活動。收集、分析和共享自然知識的壁壘將會降低。

智能手機就是最好的應用工具之一。作為日益強大的數字文化最普遍的代表，智能手機經常被視為自然界的終極對立面；但是，作為工具的現代技術，既可以阻擋我們的視線，也可以讓我們更接近大自然。人們通過智能手機能夠獲得更多參與到生物多樣性科學研究中的機會，合作者們能夠通過社交網絡收集物種信息并及時更新物種與群落圖。

現在許多網站致力于組織公民科學項目，尤其是跨學科項目，有關自然科學的項目數量也正在迅速增加，這些平臺將社交媒體接口與眾包識別相結合，人們越來越多地通過社交媒體、通過眾包和開源數據庫來貢獻環境觀測量數據和地理信息。配備傳感器的手表、平板電腦、手機以及正在發展中的更多可穿戴設備，可以讓公民來監測自然環境各種參數的變化。

手機助你成為博物學家

利用現代通訊手段，普通人也能成為博物學家和環境監測者。

樹葉快照是一款智能手機應用軟件，它可幫助人們從所拍攝的照片中識別樹種，將普通人變成植物分類學家。當人們將所見的葉子拍攝下來，系統會自動將含有地理定位信息的照片上傳至后臺數據庫，并自動進行匹配。由于同一樹種的樹葉在不同樹齡或不同季節的形狀并不完全相同，顏色可能也有較大變化，但有些不同樹種的樹葉則可能具有相似的外形。于是，系統根據匹配情況，反饋出一組與用戶觀察到的植物葉片形狀或其他特征類似的植物，讓用戶來挑選和確認。可惜的是，目前這個應用只針對美國東北地區。但是，隨著用戶數量的增加，系統的數據庫會不斷更新、擴大，能夠更好地為生物學家、環境保護工作者提供第一手的研究資料，對環境政策制定也會有所幫助。

對于植物學研究，人們可以利用植物的外形特征來進行識別，而對于動物來說，還可以利用其他方面的特征識別，比如動物聲音特征的模式識別。智能手機中的“鳥鳴”（Chirp！）應用程序就是這樣一款軟件，它可以幫助用戶根據鳥鳴聲來識別鳥的種類。Chirp在英文中指小鳥唧唧喳喳的叫聲。這款軟件目前也僅支持美國、加拿大和歐洲等3個地區。

對于鳥類觀測者來說，另一款軟件的吸引力更大。早在2002年，奧杜邦學會就與美國康奈爾大學的鳥類實驗室合作，建立了一個基于互聯網的數據庫——“晨鳥”，旨在向科研人員、業余觀鳥愛好者和大自然愛好者提供鳥類的實時分布與豐度數據，而這些數據大部分是由成千上萬的觀鳥愛好者所提供的。剛開始，“晨鳥”項目在一些主要的鳥類活動地點設立互動式的數據傳輸站，供觀鳥者隨時上傳觀測資料，后來項目組發布了基于智能手機的應用軟件，人們可以隨時進入“晨鳥”數據庫，實時將觀測資料上傳。如今，利用數據庫中對棲息地的遙感信息、氣候、種群動態統計等相關資料，研究人員已開發出動態地圖，用于顯示鳥類在特定時間的空間位置預測圖，并且較之以往具有更高的精細度。在候鳥集中遷徙的季節，預測信息可示警位于遷徙線路上的風力發電場，使人們及時關停風力發電機組，避免遷徙鳥類的意外死亡和防止風機損壞所造成的經濟損失。另外，這些鳥類遷徙活動模型還可以結合氣候變化預案，來預測不同物種可能出現的遷徙變化。墨西哥灣深水地平線油井井噴后對海岸繁殖鳥類的潛在威脅評估，就使用了“晨鳥”項目的數據。endprint

對于大自然進行更全面的觀測，非“爆芽”項目莫屬了。這個項目始于2007年，吸引了全美公眾來合作收集植物生命周期數據，參與者通過智能手機或平板電腦上報野外觀察信息。這一過程不僅使參與者獲得了更多科學知識，還幫助生態學家發現植物是如何應對環境變化的。這個項目還開發了在線課程，將項目成果引入課堂。在不到1年時間里，400多名教師參與了自學課程。該項目于2014年推出“我家后院的氣候變化”課程，招收5～12年級的學生，讓學員們通過項目分享數據，并結合美國國家航空航天局的氣候數據，親身感受氣候變化對環境的影響。

“爆芽”項目之所以得到蓬勃發展，得益于其合作伙伴模式，它的合作機構包括美國魚類和野生動物保護系統、美國國家公園體系、科學中心、自然歷史博物館。科學家和公民均可免費使用項目收集的數據。“爆芽”項目的數據還被科學論文所采用。有研究模擬了在各種氣候變化預案下華盛頓特區櫻花盛開的時間，結果發現，如果繼續保持政府間氣候變化專門委員會的高排放模式，到2080年，植物的開花時間會提前29天。這些結果也被用在一些地區的歷史研究中。例如，將2012年“爆芽”項目收集的數據與植物學家1994年出版的觀測數據進行比較，清晰揭示了氣候變化讓許多植物的物候期提前的問題。另外，研究人員對“爆芽”項目數據進行分析發現，外來物種比本地相鄰地區植物生葉的時間平均提前3.74天。這表明，氣候變化對本地物種的威脅正在加大。

為了提高公眾參與的熱情和成就感，“爆芽”項目的網站會列出每位數據貢獻者的名字。引用這些數據的人也可以通過鏈接找到志愿者并與其取得聯系，以便進行更深入的探討。許多公民科學項目正在添加游戲組件，以擴大吸引力，激勵和挽留志愿者。“爆芽”項目就創建了一款類似于地圖尋寶的游戲：人們可以使用GPS來尋找隱藏在精確位置的對象或線索。在游戲中，玩家會專注于定位植物和物候觀測，而這些信息同時會被“爆芽”項目收集。

成功的公民科學項目利用人們的日常活動，如觀鳥、園藝或大自然漫步，允許參與者分享和存檔他們的觀察信息。后臺數據庫則將博物學家的研究成果變成大眾能利用的觀察武器。博物學家也可以借由公眾的幫助獲得更多研究數據，甚至也可以借由公眾的幫助，給一些大型鳥類佩戴智能裝置，以便進行追蹤。

科學技術的發展讓人類遠離自然，卻又換了一種方式，讓人類更加親近自然、觀測自然和研究自然。

【責任編輯】趙 菲endprint