In einer Zeit, in der technologische Innovationen unser Leben prägen, gewinnen auch Wissenschaft und Forschung zunehmend durch den Einsatz neuer Technologien an Dynamik. Besonders die Kombination aus Künstlicher Intelligenz (KI), Smartphones und Satellitentechnologie eröffnet neue Perspektiven für das Verständnis und die Analyse globaler Ökosysteme. Zwei internationale Studien, die von der Universität Freiburg geleitet wurden, demonstrieren eindrucksvoll, wie Citizen Science-Daten, ergänzt durch Satelliten- und Klimainformationen, genutzt werden können, um umfassende Erkenntnisse über Pflanzen und deren Lebensräume zu gewinnen.
Die Forscher haben Millionen von pflanzenbezogenen Beobachtungen aus der Bevölkerung in Verbindung mit Daten zu Klima, Böden und Vegetation ausgewertet. Hierbei gelang es ihnen, KI-Modelle zu entwickeln, die spezifische Eigenschaften von Pflanzen direkt aus Fotos identifizieren können. Dies hat nicht nur zur Erstellung hochpräziser Karten der globalen Pflanzenvielfalt geführt, sondern auch zur Verbesserung unseres Wissens über die funktionalen Merkmale von Pflanzen, die für das Verständnis von Ökosystemen entscheidend sind.
Die funktionalen Merkmale von Pflanzen, wie etwa ihre Höhe, Blattgröße und der Gehalt an Stickstoff, haben erhebliche Auswirkungen auf zentrale Ökosystemprozesse. Dazu zählen die Kohlenstoffspeicherung und die Resilienz gegenüber den Herausforderungen des Klimawandels. Bisher wurden solche Merkmale häufig nur an ausgewählten Standorten gemessen, was zu Wissenslücken führte. Die neuen Studien zeigen, wie durch den Einsatz von Citizen Science-Daten diese Lücken geschlossen werden können.
Ein Beispiel für den innovativen Ansatz ist die Studie, die in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht wurde. Hierbei wurden Millionen von Beobachtungen aus Plattformen wie iNaturalist mit professionellen Daten kombiniert, um detaillierte Karten über die Verteilung von Pflanzenmerkmalen zu erstellen. Diese Karten sind nicht nur zuverlässiger, sondern bieten auch eine flächendeckendere und räumlich präzisere Darstellung, insbesondere in Regionen mit zuvor unzureichenden Daten. Daniel Lusk, Erstautor der Studie, betont, dass mit diesem Ansatz erstmalig globale Karten für viele Pflanzenmerkmale erstellt werden konnten. Dies bildet eine wertvolle Grundlage für die Weiterentwicklung globaler Vegetations- und Klimamodelle.
Darüber hinaus verfolgt die zweite Studie einen komplementären Ansatz, der sich stärker auf KI stützt. Hierbei wurde ein Verfahren entwickelt, das es ermöglicht, funktionale Pflanzeneigenschaften direkt aus Smartphone-Fotos abzuleiten. Bürgerinnen und Bürger weltweit können Fotos hochladen, die dann von einem KI-Programm analysiert werden. Diese KI erkennt Muster in den Bildern und schätzt Eigenschaften wie Pflanzenhöhe oder Blattfläche. Zudem werden automatisch klimarelevante Informationen abgerufen, die auf den GPS-Koordinaten der Fotos basieren. Die gesammelten Daten aus einer Vielzahl von Bildern werden anschließend genutzt, um globale Karten wichtiger Pflanzenmerkmale zu erstellen.
Ein zentraler Vorteil dieses Ansatzes ist die Möglichkeit, ökologische Informationen aus alltäglichen Fotos zu extrahieren. Dies eröffnet neue Perspektiven für die Forschung und ermöglicht es, große Mengen an Daten auf effiziente Weise zu analysieren. Für diese Studie wurde auf der 40. Jahreskonferenz der American Association for Artificial Intelligence (AAAI) der Best Paper Award in der Kategorie Social Impact verliehen, was die Bedeutung und den innovativen Charakter der Forschung unterstreicht.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Kombination aus KI, Smartphones und Satellitendaten einen paradigmatischen Wandel in der ökologischen Forschung darstellt. Diese Technologien ermöglichen es den Wissenschaftlern, ökologische Muster zu erkennen und besser zu verstehen, was letztlich zu einer effektiveren Bewältigung der Herausforderungen des Klimawandels und des Verlusts der Biodiversität beitragen kann. Die Erkenntnisse aus diesen Studien bieten nicht nur neue Einblicke in unsere Pflanzenwelt, sondern auch wertvolle Werkzeuge zur Erhaltung und zum Schutz unserer Ökosysteme weltweit.
