Smartphones zur Überwachung von Bestäubern benutzen

Bestäubung ist super wichtig für viele Pflanzen, auch für die, die wir essen. Bestäuber wie Bienen und Schmetterlinge helfen Pflanzen, sich fortzupflanzen, indem sie Pollen von einer Blume zur anderen transportieren. Dieser Prozess ist entscheidend, um Früchte, Samen und neue Pflanzen zu produzieren. Wir müssen aber auch erforschen, wie die Bestäuber mit Pflanzen interagieren und wie Veränderungen in der Umwelt und im Verhalten diese Interaktionen im Laufe der Zeit beeinflussen könnten.

Es ist wichtig, diese Pflanzen-Bestäuber-Interaktionen zu überwachen. Viele Bestäuberarten sind nur schwer auf den ersten Blick zu erkennen. Deshalb fangen Forscher oft Insekten ein, die Blumen besuchen, und untersuchen sie später unter dem Mikroskop oder identifizieren sie mit genetischen Methoden, wie zum Beispiel DNA-Barcoding. Diese Methoden sind zwar genau, dauern aber lange, sind teuer und erfordern Expertenwissen.

Ausserdem können diese Methoden Insektenpopulationen schädigen, da viele Insekten für die Probenentnahme getötet werden müssen. Mit dem Aufkommen von Kameras und künstlicher Intelligenz (KI) suchen Wissenschaftler nach weniger schädlichen Wegen, um Bestäuber zu studieren.

#Der Übergang zur automatisierten Bestäuberüberwachung

Neueste Studien zeigen, dass wir die Erkennung und Identifizierung von Bestäubern, die Blumen besuchen, automatisieren können. Automatisierte Systeme beinhalten meistens Kameras, die Bilder von Insekten machen, die Blumen besuchen, und maschinelles Lernen, das die Insekten anhand ihrer Merkmale identifiziert. Allerdings kann nicht jedes Insekt nur anhand eines Fotos identifiziert werden. Einige wichtige Details könnten verborgen oder nur unter dem Mikroskop sichtbar sein. Das heisst, wir brauchen qualitativ hochwertige Bilder zur Hilfe bei der Identifizierung.

Es gibt mehrere wichtige Merkmale, die für Kameras, die in dieser Forschung verwendet werden, erforderlich sind. Die Kamera muss in der Lage sein, scharfe Bilder von schnellen Insekten bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen und auf bunten Blumenhintergründen zu machen. Sie sollte auch robust genug sein, um bei extremen Wetterbedingungen zu funktionieren und viele Stunden ohne Aufladen betrieben werden zu können. Ausserdem dürfen die Kameras die Bestäuber nicht stören, sollten einfach zu bedienen sein und für Forscher mit kleinem Budget erschwinglich bleiben. Schliesslich sollten die Kameras Bilder produzieren, die nicht zu viel Speicherplatz beanspruchen.

#Aktuelle Technologien zur Überwachung von Bestäubern

Die Entwicklungen in Kamerasystemen zur Untersuchung von Bestäubern sind im Gange. Verschiedene Technologien werden untersucht, darunter Digitalkameras, Kamerafallen und programmierbare Mikrocomputer. Während einige dieser Systeme gut funktionieren, können sie teuer sein und technisches Know-how erfordern, um sie einzurichten und zu verwalten.

Einige Forscher haben begonnen, Smartphones zur Überwachung von Bestäubern zu nutzen. Smartphones haben viele Vorteile: Sie sind relativ billig, einfach zu bedienen und weit verbreitet. Man kann sie ohne technisches Vorwissen einrichten und mit Zubehör wie Powerbanks und Stativen ergänzen. Ausserdem haben Smartphones eingebaute Sensoren, die Umweltinformationen wie Temperatur und Lichtverhältnisse erfassen können, was den Studien zusätzlichen Wert verleiht.

Trotz des Potenzials von Smartphones haben sich nur wenige Studien auf diesen Ansatz konzentriert. Eine Studie versuchte, Smartphone-Technologie zu nutzen, fand jedoch, dass es schwierig war, klare Bilder von Bestäubern zu machen. Viele ihrer Fotos hatten keine Insekten, weil die Einrichtung nicht effektiv war.

Eine andere Studie verwendete ein bestimmtes Smartphone-Modell, um Videos von Honigbienen beim Besuch von Blumen aufzunehmen, und berichtete über Erfolge, die sich auf diese einzelne Pflanzenart konzentrierten. Aber es braucht mehr Forschung, um zu sehen, ob Smartphones helfen können, eine breitere Palette von Insekten und Pflanzen zu überwachen.

#Bewertung der Smartphone-Fähigkeiten für die Bestäuberforschung

In diesem Artikel wollten wir erforschen, wie effektiv Smartphones beim automatischen Aufnehmen von Bildern von Insekten sind, die Blumen besuchen. Zuerst beschreiben wir, wie wir unsere Beobachtungen eingerichtet und Bilder zur Identifizierung ausgewählt haben. Dann analysieren wir, wie gut Experten die Insekten anhand der gesammelten Bilder identifizieren konnten, wobei wir die verschiedenen Ebenen der taxonomischen Identifizierung betrachten, wie Ordnung, Familie, Gattung und Art.

Unsere Forschung fand in städtischen Grünflächen in Leipzig und Halle statt. Wir wählten verschiedene blühende Pflanzen zur Überwachung aus. Die Blumen wurden basierend auf ihrer Besuchshäufigkeit ausgewählt, und unser Ziel war es, Bilder von besuchenden Insekten zu erfassen. Insgesamt haben wir 33 verschiedene Pflanzenarten über mehrere Monate studiert.

#Smartphone-Setup zur Überwachung

Wir haben ein Smartphone über einer Blume montiert, um Bestäuber zu überwachen. Das Telefon machte Zeitrafferbilder jede Sekunde für etwa eine Stunde. Nach jeder Sitzung bewegten wir das Telefon zu einer anderen Blume. Die meisten unserer Beobachtungen fanden an sonnigen Tagen statt, um ausreichend Licht zu gewährleisten.

Für das Smartphone-Setup haben wir das Gerät an ein Stativ befestigt und mit einer Powerbank für den kontinuierlichen Gebrauch verbunden. Wir verwendeten eine App, um Zeitrafferbilder aufzunehmen, wobei der Fokus darauf lag, klare Bilder zu bekommen und Ablenkungen im Hintergrund zu minimieren. Jede Zeitraffer-Sitzung erzeugte einen spezifisch benannten Ordner für jede Pflanzenart, die wir überwacht haben.

Wir stellten die Kamera so ein, dass sie auf die gewählte Blume fokussiert und die automatische Fokussierung deaktiviert war, um unerwünschte Hintergrundfokussierung zu vermeiden. Um die Blumen bei windigen Bedingungen stabil zu halten, sicherten wir sie mit Stöcken.

#Identifizierung von Insekten aus Smartphone-Bildern

Nach dem Sammeln der Bilder haben wir jedes sorgfältig untersucht, um das Vorhandensein von Insekten zu prüfen. Wenn ein Insekt zu sehen war, umreissten wir es und identifizierten es zumindest bis zur Ordnungsstufe. Wir verwendeten spezifische kostenlose Software-Tools, um die Bilder zu analysieren und unsere Ergebnisse zu protokollieren.

Wir wandelten unsere Daten in Tabellen um, um eine detaillierte Analyse zu ermöglichen. Experten mit entomologischem Wissen überprüften dann die Bilder und identifizierten die Insekten in den beiden Hauptordnungen von Interesse: Hymenoptera (Bienen und Wespen) und Diptera (Fliegen).

Während unserer Forschung sammelten wir eine riesige Anzahl an Bildern, von denen nur ein kleiner Teil Insekten enthielt. Unsere Ergebnisse zeigten, dass wir Insekten konsequent bis zur Ordnungsstufe identifizieren konnten. Im Fall von Hymenoptera konnten viele oft bis zur Gattung identifiziert werden, während die Identifizierung von Fliegen schwieriger war.

#Ergebnisse der Studie

Wir haben viele Ordner mit Bildern von den Blumen annotiert, und eine signifikante Anzahl der Bilder enthielt Insekten. Die meisten der gefundenen Insekten gehörten zur Ordnung Hymenoptera, die die Bestäuber umfasst, die wir normalerweise untersuchen. Gelegentlich fanden wir auch Fliegen und andere Gruppen.

Ca. 60% der Bilder zeigten Hymenoptera, während ein kleinerer Anteil Diptera umfasste. Wir hatten einige Schwierigkeiten, spezifische Arten zu identifizieren, insbesondere wegen verdeckter Merkmale oder Bildern, die zu verschwommen waren, um klare Hinweise auf die vorhandene Art zu geben.

Zum Beispiel konnten viele der Bilder, die Hymenoptera zeigten, bis zur Familienstufe identifiziert werden. Viele konnten aus verschiedenen Gründen nicht weiter identifiziert werden, wie z.B. unscharf, zu klein, um gesehen zu werden, oder verdeckt durch Blütenstrukturen oder andere Pflanzen.

Trotzdem konnten einige Arten innerhalb der Hymenoptera-Ordnung mit besserer Klarheit identifiziert werden, dank bestimmter Merkmale, selbst wenn sie nur auf Fotos betrachtet wurden. Das gleiche Problem stellte sich bei der Diptera-Gruppe. Bei den Diptera-Bildern blieb jedoch ein grösserer Prozentsatz unidentifiziert, da die Flügelmerkmale nicht sichtbar waren, was eine Identifizierung auf Familien- oder Gattungsebene erschwerte.

#Herausforderungen bei der Identifizierung

Mehrere Faktoren erschwerten unsere Fähigkeit, Insekten zu identifizieren, insbesondere bei kleineren Arten. Viele Merkmale, die für eine genaue Identifizierung notwendig sind, waren verborgen oder aufgrund der Bildqualität nicht sichtbar. Zum Beispiel erfordert die Unterscheidung zwischen verschiedenen Arten von Schwebfliegen klare Ansichten der Flügelstrukturen, die oft fehlten.

Die meisten aufgenommenen Bilder enthielten keine Insekten, da das Setup auf Zeitrafferfotografie angewiesen war, was zu einer hohen Anzahl von Fotos ohne Bestäuber führte. Dies ist in ähnlichen Studien nicht ungewöhnlich, hebt aber die Notwendigkeit eines besseren Auslösesystems hervor, um die richtigen Momente festzuhalten.

Schmutzige oder verdeckte Bilder behinderten die Identifizierung, ob die Insekten zu klein, schlecht positioniert oder einfach unscharf waren. Für viele dieser Fälle hätten selbst fortschrittlichere Kamerasysteme die Identifizierung nicht verbessert, da sie immer noch mit den gleichen Herausforderungen konfrontiert wären, winzige, schnell bewegte Insekten festzuhalten.

#Erkenntnisse und nächste Schritte

Durch diese Forschung haben wir mehrere Schlüsselfaktoren gelernt, die die Nutzung von Smartphones zur Überwachung von Bestäubern beeinflussen. Zuerst fanden wir heraus, dass die Akkus während langer Feldeinsätze zuverlässig blieben. Allerdings hatten wir gelegentlich Probleme, wenn Smartphones bei extremen Temperaturen überhitzten, und die Feuchtigkeit könnte das Laden beeinträchtigen.

Die Verwendung einer festen Kameraupauflösung erwies sich als vorteilhaft, da höhere Auflösungen mehr Daten erzeugten, als nötig waren, ohne die Identifizierung von Insekten zu verbessern. Die richtige Balance zwischen Bildqualität und Dateigrösse ist für zukünftige Studien wichtig.

Eine wichtige Verbesserung wäre eine App, die bestimmte Interessensgebiete definieren kann, um die Kamera darauf zu fokussieren. Das würde die Insekten Detektion verbessern und das Hintergrundrauschen in den Bildern minimieren.

Wir fanden auch heraus, dass der Typ des Smartphone-Objektivs von Bedeutung ist. Telefone mit besseren optischen Zoomfähigkeiten können helfen, klare Details aufzunehmen, ohne zu nah an die Blumen heranrücken zu müssen, was Insekten verscheuchen kann.

Schliesslich zeigte die hohe Anzahl leerer Bilder die Wichtigkeit auf, unsere Methoden zu verfeinern. Wir müssen in Erwägung ziehen, fortschrittliche KI-Technologie zur besseren Datensammlung zu nutzen und gleichzeitig auf ihre Vorurteile gegenüber bestimmten Arten zu achten.

Insgesamt sind Smartphones ein vielversprechendes Werkzeug zur Überwachung von Bestäubern, aber es gibt noch mehrere Herausforderungen und Verbesserungsmöglichkeiten. Indem wir ihre Nutzung optimieren und die Technologie verbessern, können wir diese wichtigen Beitragenden zu unseren Ökosystemen besser verstehen.