การสังเกตการณ์โลกผ่านอาณาจักรสัตว์

การออกแบบระบบสังเกตการณ์โลกเป็นแบบฝึกหัดในการแลกเปลี่ยนข้อมูล ดาวเทียมอาจรวบรวมข้อมูลในความละเอียดเชิงพื้นที่ที่ดี ที่ความถี่สูงในแง่ของเวลา หรือมีช่วงความยาวคลื่นกว้าง แต่ไม่ใช่ข้อมูลทั้งสามแบบในคราวเดียวกัน ระบบภาคพื้นดิน เช่น สถานีตรวจอากาศ สามารถรวบรวมข้อมูลที่หลากหลายได้บ่อยครั้ง แต่เป็นการสุ่มตัวอย่างเพียงตําแหน่งเดียวและสถานีตรวจอากาศภาคพื้นดินมีการกระจายไม่เท่ากันทั่วโลก

มีอีกแนวทางหนึ่งในการรวบรวมการสังเกตการณ์โลก สิ่งที่สามารถเติมเต็มช่องว่างข้อมูลสภาพอากาศและสภาพภูมิอากาศ คือ “อาณาจักรสัตว์” ตลอดหลายทศวรรษที่ผ่านมา สิ่งมีชีวิตหลายหมื่นตัว ตั้งแต่นกกระสาและกวางคาริบู ไปจนถึงช้างและแมวน้ํายักษ์ ถูกติดเซ็นเซอร์เพื่อรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับถิ่นที่อยู่อาศัยของพวกมัน ซึ่งรวมถึงพื้นที่ที่มืดทึบ มีเมฆมาก ปกคลุมด้วยน้ําแข็ง หรือผืนป่าที่หนาแน่นเกินไปที่ดาวเทียมจะบันทึกได้ หรือพื้นที่กันดาร ห่างไกล หรือไม่เอื้ออํานวยให้มนุษย์เข้าถึง

นักวิทยาศาสตร์กําลังตระหนักถึงพลังของการสังเกตสัตว์มากขึ้นเรื่อยๆ เพื่อปรับปรุงการตรวจสอบสภาพอากาศและเปิดเผยกระบวนการของโลกในรายละเอียดที่ละเอียดยิ่งขึ้น “สัตว์เป็นองค์ประกอบสําคัญของการสังเกตโลก” นักนิเวศวิทยา ดิเอโก เอลลิส โซโต(Diego Ellis Soto) นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาที่มหาวิทยาลัยเยลและ NASA FINESST (นักวิจัยในอนาคตของ NASA Earth and space Science and Technology) กล่าว ในบทความล่าสุดใน Nature Climate Change เอลลิส โซโตและเพื่อนร่วมงานได้วางแผนกรณีศึกษาและวิสัยทัศน์ในการทําให้ข้อมูลการติดตามสัตว์เป็นส่วนหนึ่งของชุดเครื่องมือมาตรฐานเพื่อการศึกษาโลกของเรา

การเริ่มต้นคือพิจารณาว่า การศึกษาเพียงสปีชีส์เดียวในพื้นที่ใดพื้นหนึ่งของโลกจะสามารถรวบรวมข้อมูลที่ครอบคลุมเชิงพื้นที่และเชิงเวลาที่ไม่เหมือนใครได้อย่างไร แผนที่ด้านบนเปรียบเทียบการเก็บข้อมูลอุณหภูมิโดยดาวเทียมและเซ็นเซอร์ติดตามช้างในพื้นที่อุทยานแห่งชาติ Kruger ของแอฟริกาใต้ แผนที่อุณหภูมิพื้นผิวดิน (ด้านบน) แสดงค่าเฉลี่ยรายปีของอุณหภูมิตอนเช้าที่รวบรวมโดยดาวเทียม Landsat 5 แผนที่อีกแผนที่หนึ่ง (ด้านล่าง) แสดงอุณหภูมิอากาศจากตําแหน่งและปีเดียวกัน ซึ่งบันทึกหลายครั้งต่อวันโดยช้างที่ติดตั้งเซ็นเซอร์ กลุ่มของจุดข้อมูลปรากฏขึ้นตามแม่น้ํา Myamvubu

ข้อมูลดาวเทียมครอบคลุมพื้นที่ทั้งหมด แต่ถูกจํากัดโดยความละเอียดเชิงพื้นที่ ระยะเวลาการโคจรกลับมาซ้ำ (16 วันในกรณีของ Landsat 5) และปัจจัยอื่นๆ เช่น การปกคลุมของเมฆ นอกจากนี้ สถานีตรวจอากาศภาคพื้นดินยังรวบรวมข้อมูลที่ความถี่สูงในเชิงเวลา ณ จุดคงที่ที่ห่างไกลจากตําแหน่งของช้าง เซ็นเซอร์ที่เกิดจากช้างบันทึกข้อมูลที่ความถี่สูง แต่สุ่มตัวอย่างพื้นที่ต่างๆ ตลอดการเดินทางของสัตว์ แผนที่ด้านล่างแสดงรูปแบบและขอบเขตของการเคลื่อนไหวของช้างทั่วอุทยานแห่งชาติครูเกอร์เป็นเวลาหนึ่งปี

มากกว่าการทําหน้าที่เป็นสถานีตรวจอากาศที่เคลื่อนไหวได้ สัตว์และรูปแบบการเคลื่อนไหวของพวกมันสามารถบอกนักวิทยาศาสตร์ได้ว่าสัตว์ป่ามีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อมอย่างไร และเงื่อนไขดังกล่าวมีอิทธิพลต่อพฤติกรรมอย่างไร ในการศึกษาปี 2562 นักวิจัยวิเคราะห์ข้อมูลช้างเพื่อเรียนรู้เมื่อมีการเคลื่อนที่มายังแหล่งน้ําซึ่งบ่งบอกบางอย่างเกี่ยวกับกลยุทธ์ในการจัดการความเครียดจากความร้อน “สัตว์เหล่านี้เป็นเซ็นเซอร์ที่ลําเอียงอย่างมากโดยเรียกว่า นิเวศวิทยาและพฤติกรรมของสัตว์” เอลลิส โซโตกล่าว สถานที่และเวลาที่สัตว์เคลื่อนย้ายไปแสดงถึงคุณลักษณะมากกว่าข้อบกพร่องทางข้อมูล เช่น อาจเปิดเผยว่าสัตว์ตอบสนองต่ออุณหภูมิที่สูงอย่างไร โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพิจารณาถึงสัตว์หายากหรือถูกคุกคามในสภาพอากาศที่เปลี่ยนแปลง

การเก็บรวบรวมข้อมูลผ่านการเคลื่อนย้ายของสัตว์นี้สามารถระบุรายละเอียดเกี่ยวกับสภาพแวดล้อมที่ดาวเทียมไม่สามารถแก้ไขได้ “เราสามารถใช้การเคลื่อนไหวของสัตว์เพื่อบอกเราเกี่ยวกับกระบวนการอื่นๆ ของโลกที่เกิดขึ้น” Keith Gaddis ผู้จัดการโครงการอนุรักษ์ระบบนิเวศของ NASA กล่าว NASA มีโครงการติดตามสัตว์มานานหลายทศวรรษแล้ว เขาตั้งข้อสังเกตโดยอ้างถึงบทบาทของหน่วยงานในการพัฒนาปลอกคอวิทยุ(radio collar) และเทคโนโลยีการติดตามด้วยดาวเทียม(satellite tracking technology)

ดาวเทียมสามารถใช้การวัด เช่น NDVI ซึ่งเป็นการวัดความเขียวขจีของพืชเพื่อวิเคราะห์เมื่อพืชออกใบ แต่ไม่สามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลอื่นๆ เช่น การเกิดขึ้นของฝักเมล็ด อย่างไรก็ตาม การหาเมล็ดจากสัตว์ป่าสามารถเติมเต็มข้อมูลตามฤดูกาลนี้และบอกนักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับการตอบสนองของระบบนิเวศต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ Gaddis กล่าว ในทํานองเดียวกัน สิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีหิมะตกอาจให้รายละเอียดเกี่ยวกับความครอบคลุมของหิมะและเวลาที่หิมะละลายผ่านรูปแบบการเคลื่อนไหวของพวกมัน

“ความเข้าใจประวัติศาสตร์ธรรมชาติของเราเกี่ยวกับสัตว์จะช่วยให้เราเลือกเซ็นเซอร์สัตว์ที่เราจะใช้ ” เอลลิส โซโตกล่าว ในบทความล่าสุดของเขา เขาเปรียบเทียบรูปแบบการเคลื่อนไหวของสัตว์กับระบบดาวเทียมต่างๆ อัลบาทรอสที่เคลื่นย้ายไปมาในพื้นที่ขนาดใหญ่แต่มีความถี่น้อย—คล้ายกับดาวเทียม Landsat ในทางตรงกันข้าม นกกระสาขาวมีแหล่งหาอาหารรวม ซึ่งหมายความว่าจะมีการเคลื่อนย้ายมาบ่อยครั้งในช่วงฤดูผสมพันธุ์ รูปแบบนี้คล้ายคลึงกับดาวเทียมค้างฟ้าเช่น GOES

ที่สําคัญ Ellis Soto ไม่ได้สนับสนุนการติดตามสัตว์เพื่อวัตถุประสงค์ในการตรวจสอบสภาพอากาศเพียงอย่างเดียว แต่มองว่าเป็นสถานการณ์แบบ win-win ที่ต้องมีการพิจารณาด้านจริยธรรมที่สมดุลโดยเพิ่มมูลค่าให้กับความพยายามในการอนุรักษ์ความหลากหลายทางชีวภาพอย่างต่อเนื่อง และเขามองว่าข้อมูลเพิ่มเติมด้านสิ่งแวดล้อมเป็น “ผลพลอยได้มหาศาล” ของเทคโนโลยีปัจจุบันของเรา

โลกทางทะเลตระหนักถึงคุณค่าของผู้สังเกตการณ์สัตว์มาบ้างแล้ว “การสังเกต” ฉลามเสือเพิ่มข้อมูลการสํารวจระยะไกลและช่วยนักดําน้ําในการสำรวจแผนที่ระบบนิเวศหญ้าทะเลที่ใหญ่ที่สุดในโลก และแมวน้ํายักษ์ที่ติดแท็กว่ายอยู่ในน่านน้ําแอนตาร์กติกที่เย็นยะเยือกได้ช่วยเปิดเผยว่าความร้อนเคลื่อนผ่านส่วนลึกของมหาสมุทรอย่างไร สตรีมข้อมูลที่จัดทําโดยสัตว์ทะเลได้พิสูจน์แล้วว่ามีคุณค่าและแข็งแกร่งพอที่จะรวมเข้ากับระบบสังเกตการณ์มหาสมุทรทั่วโลกของ UNESCO-led สําหรับการตรวจสอบระยะยาว

Gaddis กล่าวว่า “งานตอนนี้คือการรวบรวม สร้างมาตรฐาน และทำให้มีการเข้าถึงข้อมูล animal-sensed เต็มรูปแบบ มีการขับเคลื่อนเพื่อสร้างชุดของตัวแปรความหลากหลายทางชีวภาพที่สําคัญ (essential biodiversity variables) สอดคล้องกับตัวแปรสภาพภูมิอากาศที่จําเป็น essential climate variables (ECVs) ECVs เป็นชุดข้อมูลที่มีส่วนช่วยในการกําหนดลักษณะของสภาพภูมิอากาศของโลกและรวมถึงตัวแปรต่างๆ เช่น โอโซน น้ําแข็งในทะเล ชีวมวลเหนือพื้นดิน ความชื้นในดิน และสีของมหาสมุทร ความฝันคือเรามีผลิตภัณฑ์ [ชีวภาพ] เหล่านี้ที่สร้างขึ้นอย่างเป็นระบบในลักษณะเดียวกับที่เราทําในกรณีตัวแปรสภาพภูมิอากาศ”

Ellis Soto และเพื่อนร่วมงานยังเชื่อว่าชิ้นส่วนดังกล่าวมีไว้สําหรับข้อมูลเซ็นเซอร์สัตว์บกและอากาศเพื่อให้เป็นมาตรฐานในระบบโลกและการตรวจสอบสภาพอากาศ มีการติดตามสัตว์หลายหมื่นตัวแล้ว โดยข้อมูล เทคโนโลยีการติดตาม และเครื่องมือวิเคราะห์ล้วนมีความซับซ้อนมากขึ้น สิ่งที่เหลืออยู่คือการพิสูจน์ถึงแนวคิด และตัวอย่างที่เพิ่มมากขึ้น เช่นนกพิราบที่ช่วยยกระดับการคาดการณ์คุณภาพอากาศ – ว่าแบบจําลองสภาพภูมิอากาศที่มีข้อมูลจากสัตว์นั้นดีกว่าแบบจำลองที่ไม่มี ตามคํากล่าวของ Ellis Soto : “เราอยู่ในยุคของการหลอมรวมแหล่งข้อมูล”

NASA Earth Observatory images by Michala Garrison, using Landsat data from the U.S. Geological Survey, and elephant-borne sensor data from Thaker, M., et al. (2019). Story by Lindsey Doermann.

References & Resources

Ellis-Soto, D., et al. (2023) Animal-borne sensors as a biologically informed lens on a changing climate. Nature Climate Change, 13, 1042–1054.
Movebank Animal tracking data. Accessed February 21, 2024.
NASA Earthdata Essential Variables. Accessed March 11, 2024.
NASA Scientific Visualization Studio (2021, March 29) How NASA Data Helps Study Animals on the Move. Accessed February 21, 2024.
Thaker, M., et al. (2019) Fine-Scale Tracking of Ambient Temperature and Movement Reveals Shuttling Behavior of Elephants to Water. Frontiers in Ecology and Evolution, 7:4.
Yale Center for Biodiversity and Global Change (2023, June) At Yale symposium, experts envision the future of spaceborne animal tracking. Accessed February 21, 2024.
Yale News (2023, September 18) Gauging the key role animals can play in monitoring climate change. Accessed February 21, 2024.