Zählt Afrikas größte Fledermauskolonie mit KI

Einmal im Jahr wird ein kleiner Wald in Sambia zum Schauplatz eines der größten Naturschauspiele der Welt. Im November wandern strohfarbene Flughunde vom gesamten afrikanischen Kontinent zu einem Baumbeet im Kasanka-Nationalpark. Aus noch unbekannten Gründen kommen die Fledermäuse drei Monate lang in einem kleinen Bereich des Parks zusammen und bilden die größte Fledermauskolonie in ganz Afrika.

Die genaue Anzahl der Fledermäuse in dieser Kolonie war jedoch nie bekannt. Schätzungen reichen von 1 bis 10 Millionen. Eine neue Methode des Max-Planck-Instituts für Verhaltensbiologie (MPI-AB) hat die Kolonie mit der bisher höchsten Genauigkeit gezählt. Die Methode nutzt GoPro-Kameras zur Aufnahme von Fledermäusen und wendet dann künstliche Intelligenz (KI) an, um Tiere zu erkennen, ohne dass menschliche Beobachter erforderlich sind.

Die Methode, veröffentlicht in der Zeitschrift Ökosphäreergab eine Gesamtschätzung von zwischen 750.000 und 1.000.000 Fledermäusen in Kasanka – was die Kolonie gemessen an der Biomasse zur größten Fledermauskolonie weltweit macht.

„Wir haben gezeigt, dass mit billigen Kameras in Kombination mit KI große Tierpopulationen auf eine Weise überwacht werden können, die sonst unmöglich wäre“, sagt Ben Koger, Erstautor des Artikels. „Dieser Ansatz wird unser Wissen über die natürliche Welt und die Art und Weise, wie wir daran arbeiten, sie angesichts der schnellen menschlichen Entwicklung und des Klimawandels zu erhalten, verändern.“

Afrikas heimliche Gärtner

Selbst in der charismatischen Fauna des afrikanischen Kontinents strahlt der strohfarbene Flughund hell. Einigen Schätzungen zufolge ist es das am häufigsten vorkommende Säugetier auf dem Kontinent. Und da er jedes Jahr bis zu zweitausend Kilometer zurücklegt, ist er auch der extremste Fernwanderer aller Flughunde. Aus ökologischer Sicht sind diese Vorzüge von großer Bedeutung. Durch die Verbreitung von Samen auf ihrem Flug über weite Distanzen sind die Flughunde wichtige Wiederaufforsterer von degradiertem Land – was sie zu einer „Schlüsselart“ auf dem afrikanischen Kontinent macht.

Wissenschaftler haben lange versucht, die Koloniegröße dieser wichtigen Art abzuschätzen, aber die Herausforderungen bei der manuellen Zählung sehr großer Populationen haben zu stark schwankenden Zahlen geführt. Das frustriert immer Dina Dechmann, eine Biologin vom MPI-AB, die seit mehr als 10 Jahren strohfarbene Flughunde untersucht. Dechmann war besorgt darüber, dass sie im Laufe ihrer Karriere einen Rückgang der Zahl dieser Flughunde beobachten musste, und suchte nach einem Tool, das genau erkennen konnte, ob sich die Populationen veränderten. Das heißt, sie brauchte eine Möglichkeit, Fledermäuse zu zählen, die im Laufe der Zeit reproduzierbar und vergleichbar war.

„Strohfarbene Flughunde sind die heimlichen Gärtner Afrikas“, sagt Dechmann. „Sie verbinden den Kontinent auf eine Art und Weise, wie es kein anderer Samenverbreiter tut. Ein Verlust der Art wäre verheerend für das Ökosystem. Wenn die Population also überhaupt abnimmt, müssen wir dringend wissen.“

Dechmann begann Gespräche mit den langjährigen Mitarbeitern Roland Kays von der NC State University und Teague O’Mara von der Southeastern Louisiana University sowie mit Kasanka Trust, der sambischen Naturschutzorganisation, die für die Verwaltung des Kasanka-Nationalparks und den Schutz seiner Fledermauskolonie verantwortlich ist. Gemeinsam fragten sie sich, ob Fortschritte im Bereich Computer Vision und künstliche Intelligenz die Genauigkeit und Effizienz der Zählung großer und komplexer Fledermauspopulationen verbessern könnten. Um das herauszufinden, wandten sie sich an Ben Koger, damals Doktorand am MPI-AB, der ein Experte für den Einsatz automatisierter Ansätze zur Erstellung ökologischer Datensätze war.

Genaue und vergleichbare Fledermauszählungen

Koger arbeitete an der Entwicklung einer Methode, mit der Wissenschaftler und Naturschutzmanager das komplexe System effizient quantifizieren können. Seine Methode umfasste zwei Hauptschritte. Zunächst wurden neun GoPro-Kameras gleichmäßig um die Kolonie herum aufgestellt, um die Fledermäuse beim Verlassen des Schlafplatzes in der Dämmerung aufzuzeichnen. Zweitens trainierte Koger Deep-Learning-Modelle, um Fledermäuse in den Videos automatisch zu erkennen und zu zählen. Um die Genauigkeit der Methode zu testen, zählte das Team manuell Fledermäuse in einer Stichprobe von Clips und stellte fest, dass die KI zu 95 % genau war – sie funktionierte sogar unter dunklen Bedingungen gut.

„Der Einsatz ausgefeilterer Technologie zur Überwachung einer so riesigen Kolonie wie der von Kasanka könnte unerschwinglich teuer sein, weil man so viel Ausrüstung benötigen würde“, sagt Koger. „Aber wir konnten zeigen, dass billige Kameras in Kombination mit unseren maßgeschneiderten Softwarealgorithmen bei der Erkennung und Zählung von Fledermäusen an unserem Untersuchungsstandort sehr gut abgeschnitten haben. Dies ist für die zukünftige Überwachung des Standorts von enormer Bedeutung.“

Bei der Erfassung von Fledermäusen über fünf Nächte hinweg zählte die neue Methode durchschnittlich etwa 750.000 bis 1.000.000 Tiere pro Nacht. Dieses Ergebnis liegt unter früheren Zählungen in Kasanka, und die Autoren geben an, dass die Studie möglicherweise nicht den Höhepunkt der Fledermauswanderung erfasst hat und einige Tiere möglicherweise erst nach dem Zählzeitraum angekommen sind. Dennoch ist Kasankas Kolonie nach Schätzung der Studie die größte Fledermauskolonie der Welt.

Dechmann sagt: „Dies ist ein Wendepunkt für die Zählung und Erhaltung großer Tierpopulationen. Jetzt verfügen wir über eine effiziente und reproduzierbare Methode zur Überwachung von Tieren im Laufe der Zeit. Wenn wir jedes Jahr dieselbe Methode zur Zählung von Tieren verwenden, können wir tatsächlich sagen.“ wenn die Bevölkerung steigt oder sinkt.“

Für die Kasanka-Kolonie, die durch Landwirtschaft und Beschränkung bedroht ist, sei die Notwendigkeit einer genauen Überwachung laut Dechmann noch nie so dringend gewesen wie jetzt.

„Man kann leicht annehmen, dass der Verlust einiger Tiere hier und dort aus großen Populationen keinen Schaden anrichtet. Aber wenn wir die von diesen Tieren bereitgestellten Ökosystemleistungen aufrechterhalten wollen, müssen wir ihre Populationen auf einem sinnvollen Niveau halten. Die Kasanka-Kolonie.“ ist nicht nur eine von vielen; es ist eine versinkende Fledermauskolonie aus dem gesamten Subkontinent. Der Verlust dieser Kolonie wäre für Afrika als Ganzes verheerend.“