Ученые заинтересованы в изучении реакции экосистем на изменение климата
Научные исследования могут быть дорогостоящим мероприятием, зачастую настолько значительным, что проекты становятся чрезмерно дорогостоящими. Так что же происходит, когда исследование слишком дорого, но данные слишком важны, чтобы оставлять их без внимания?
Вы становитесь творческими. И это именно то, что исследователи экологии и эволюционной биологии UConn Джеймс Микли ’18 Ph.D. и Тимоти Мур ’18 Ph.D. сделано. Их статья об инструментах, которые они разработали для проведения своих исследований, была недавно опубликована в журнале Methods in Ecology and Evolution .
Микли и Мур были заинтересованы в изучении реакции экосистем на изменение климата. При изучении экосистем и множества взаимодействующих между ними компонентов такие высокотехнологичные предметы, как камеры и удаленные датчики, становятся важными инструментами торговли. Исследователи просто не могут быть везде постоянно, проводя многочисленные и постоянные измерения.
Мур говорит, что технологии сейчас важнее, чем когда-либо, чтобы помочь нам узнать о том, как экосистемы реагируют на изменение климата. Он говорит, что текущие знания об этих ответах опираются на широкомасштабные — думаю, региональные — исследования, но эти исследования ограничены количеством доступных мелкомасштабных данных. В мелких деталях огромное количество информации.
Примером может служить растение, растущее в крошечных местообитаниях, например, в тени дерева, или в трещинах скалы, которые не могут выжить в более широкой среде обитания вокруг него.
Именно здесь Мур и Микли столкнулись с проблемой: для сбора мелкомасштабных данных им понадобятся сотни, если не тысячи, датчиков, которые стоят сотни долларов за штуку.
Не имея больших сумм денег для покупки датчиков, но признавая необходимость в этих данных, Мур и Микли увидели возможность, а не разочарование.
Они приступили к созданию своих собственных датчиков и приобретению некоторых новых навыков в свободное время, одновременно заканчивая подготовкой своих кандидатов наук. После проб, ошибок, пайки и мастеринга Мур, Микли и команда студентов, включая Амбер ДеРобертис ’18 (CLAS), Эмилия Пфистерер ’16 (CLAS) и Эмма Сааведра ’19 (CLAS) создали небольшую армию полнофункциональных датчиков, каждый из которых стоил менее 20 долларов. С тех пор они развернули и используют датчики — которые они назвали Единицы микроконтроллера окружающей среды, или EMU — для сбора данных для своих исследований.
Подключи и играй
В рамках процесса развития, Мур и Микнул поняли, как настраиваемые электропоезда были. Для почти любого параметра, есть компонент датчик, чтобы измерить его, что может быть легко интегрирован в конструкцию.
Микли использует датчики температуры, влажности, света и влажности почвы, чтобы посмотреть, как окружающая среда и фрагментация леса в Коннектикуте влияют на пищевые сети: деревья в лесу, гусеницы, которые их едят, и птицы, которые едят гусениц.
Мур проводит исследования о влиянии климата на растения в Южной Африке. Он планирует использовать EMU для изучения роли изменения микросреды в формировании там, где растения живут и не живут. За пределами своей полевой работы у него даже есть прибор, измеряющий данные из его дома, и он указывает на график на экране своего компьютера с данными за предыдущий день, где, глядя на данные о температуре, он может точно сказать, когда он вернулся домой.
Мур говорит, что работа, проводимая в Коннектикуте, служит масштабным испытательным полигоном для датчиков. «Нам нужны эти данные, потому что мы должны понимать климатические условия, которые вызывают реакции в экосистемах государства».
В дополнение к собственным исследованиям изобретателей, несколько коллег уже используют EMU в своих исследованиях.
Теплица ЕЕБ использовала их, чтобы увидеть, как уровни освещенности в разных теплицах различаются. Коллега в Монтане использует их для контроля давления в барокамерах через Интернет. А аспирантка в UConn использовала их для контроля влажности через Интернет, когда она обезвоживала водоросли.
«Возможности бесконечны», — говорит Микли.
В духе содействия исследованию в более широком смысле, команда предоставила информацию о том, как сделать их доступными через открытый исходный код, чтобы каждый, кто заинтересован, мог создать его, а также собирать и делиться данными.
Исследователи максимально упростили дублирование своих методов, предоставив список деталей с примечаниями к компонентам и подробными видеороликами, созданными DeRobertis, показывающими, как построить EMU.
Гражданские ученые могут погрузиться, создавая модули, кодируя, развертывая, отслеживая и даже обмениваясь своими данными. Благодаря легкодоступным недорогим датчикам теперь можно собирать мелкие данные, которые первоначально искали исследователи.
Универсальность и низкая стоимость являются ключевыми. «Существует так много разных способов их настройки», — говорит Мур. «Эмуляторы могут помочь ответить на множество вопросов».
Микли говорит, что экономическая эффективность EMU позволила им проводить измерения на лесных участках по всему Коннектикуту.
Основную часть сообщества гусениц в последние несколько лет составляют цыгане, которые нанесли огромный ущерб деревьям по всему Коннектикуту. К счастью, есть грибок, который атакует и убивает цыган, но в последнее время он не был таким успешным. Исследователи считают, что гриб лучше справляется с борьбой с цыганами во влажных условиях.
Чтобы проверить это, они сделали EMU с датчиками, которые измеряют влажность почвы и влажность. Они также установили датчики света, чтобы измерить степень дефолиации деревьев в течение лета. Эти датчики работают так хорошо, следующий барьер будет интерпретировать огромное количество данных , которые собрались на электропоездах.
Другие планы на будущее включают расширение областей выборки; и команда также рассматривает возможности для аутрич-работы, такие как разработка учебных модулей для облегчения построения EMU и сбора данных в школах.
