Von Menschen betriebene Forschung und Erfahrungslernen: Entschlüsselung verborgener Biodiversität

Fragen Sie jeden Wissenschaftler – für jedes „Heureka!“ Moment, es gibt eine Menge weniger als glamouröser Arbeit hinter den Kulissen. Entdeckungen über alles zu machen, von einer neuen Dinosaurierart bis hin zu Erkenntnissen über den Klimawandel, erfordert einiges, sich durch scheinbar endlose Daten und Messungen zu quälen, die in großen Dosen geistesabnehmend sein können.

Die Gemeinschaftswissenschaft teilt sich die Last mit Freiwilligen, die auch nur für ein paar Minuten dabei helfen, Daten zu sammeln und sie in ein Format zu bringen, das Wissenschaftler verwenden können. Es bleibt jedoch die Frage, wie nützlich diese Daten für Wissenschaftler tatsächlich sind. Eine neue Studie, die von einer Kombination aus Gymnasiasten, Studenten und Doktoranden sowie professionellen Wissenschaftlern verfasst wurde, zeigte, dass die von Museumsbesuchern erstellten Daten, wenn sie in einer Ausstellung eine Community Science-Aktivität durchführten, weitgehend korrekt waren, was das Argument stützt, dass Community Science machbar ist Weg, um große Forschungsprojekte anzugehen.

„Es war überraschend, wie alle Altersgruppen von kleinen Kindern, Familien, Jugendlichen und Erwachsenen in der Lage waren, qualitativ hochwertige taxonomische Datensätze zu generieren, Beobachtungen zu machen und Messungen vorzubereiten und gleichzeitig die Wissenschaftler der Gemeinschaft durch authentische Beiträge zur Wissenschaft zu stärken.“ sagt Matt von Konrat, ein Autor des Artikels in der Zeitschrift Forschungsideen und -ergebnisse und der Leiter der Pflanzensammlungen im Field Museum in Chicago.

„Diese Studie demonstriert die wunderbaren wissenschaftlichen Ergebnisse, die entstehen, wenn eine ganze Gemeinschaft zusammenkommt“, sagt Melanie Pivarski, außerordentliche Professorin für Mathematik an der Roosevelt University und Hauptautorin der Studie. „Wir konnten einen kleinen Teil der umfangreichen Sammlungen des Field Museum, ihr wissenschaftliches Wissen und ihre Expertise in der Erstellung von Exponaten, die Beobachtungsfähigkeiten von Biologiepraktikanten an der Northeastern Illinois University unter der Leitung unseres Mitarbeiters Tom Campbell und die datenwissenschaftliche Expertise unseres Studenten der Roosevelt University kombinieren. Die Erstellung dieses Satzes hochwertiger Daten war eine echte Gemeinschaftsleistung.“

Die Studie konzentriert sich auf eine Aktivität in einer Ausstellung im Field Museum, bei der Besucher an einem Community-Science-Projekt teilnehmen konnten. (Community Science wird manchmal Citizen Science genannt, aber da nicht jeder Bürger ist, ist Community Science ein umfassenderer Name.) Bei der Community Science-Aktivität verwendeten Museumsbesucher einen großen digitalen Touchscreen, um die mikroskopisch kleinen Blattfotos von Pflanzen namens Leberblümchen zu messen.

Diese winzigen Pflanzen von der Größe einer Wimper reagieren empfindlich auf den Klimawandel und können sich wie ein Kanarienvogel in einer Kohlemine verhalten, um Wissenschaftler darüber zu informieren, wie sich der Klimawandel auf eine Region auswirkt. Für Wissenschaftler ist es hilfreich zu wissen, welche Arten von Leberblümchen in einem Gebiet vorkommen, aber da die Pflanzen so winzig sind, ist es schwierig, sie voneinander zu unterscheiden. Die Größe ihrer Blätter (oder besser Lappen – dies sind einige der ältesten Landpflanzen der Erde, und sie entwickelten sich, bevor sich echte Blätter gebildet hatten) können auf ihre Art hinweisen. Aber es würde Ewigkeiten dauern, bis ein Wissenschaftler alle Blätter der Exemplare in der Sammlung des Feldes vermessen hätte. Betreten Sie die Community-Wissenschaftler.

„Ein paar Stunden lang eine feine Linie zu ziehen, um den Lappen eines Leberblümchens zu messen, kann mental anstrengend sein, daher ist es großartig, dass sich Wissenschaftler aus der Gemeinde ein paar Minuten Zeit nehmen, um mit frischen Augen zu helfen, ein Pflanzenblatt zu messen. Ein paar Wissenschaftler aus der Gemeinde die bei der Klassifizierung geholfen haben, haben anerkannt, wie aufregend es ist zu wissen, dass sie bei wissenschaftlichen Entdeckungen eine helfende Hand spielen“, sagt Heaven Wade, ein wissenschaftlicher Mitarbeiter am Field Museum, der als Praktikant im Grundstudium mit der Arbeit am MicroPlants-Projekt begann.

Gemeindewissenschaftler, die die digitale Plattform nutzten, maßen im Laufe von zwei Jahren Tausende von mikroskopisch kleinen Lebermoosblättern.

„Am Anfang mussten wir einen Weg finden, die qualitativ hochwertigen Messungen von den anderen zu trennen. Wir wussten nicht, ob es Kinder geben würde, die Bilder auf dem Touchscreen malen, anstatt Blätter zu messen, oder ob sie folgen könnten das Tutorial sowie die Erwachsenen. Wir mussten auch in der Lage sein, eine Methode zu automatisieren, um die Genauigkeit dieser Messungen höherer Qualität zu bestimmen“, sagt Pivarski.

Um diese Fragen zu beantworten, arbeitete Pivarski mit ihren Studenten an der Roosevelt University zusammen, um die Daten zu analysieren. Sie verglichen Messungen, die von den Wissenschaftlern der Gemeinschaft durchgeführt wurden, mit Messungen, die von Experten an einigen „Test“-Keulen durchgeführt wurden; Basierend auf diesem Machbarkeitsnachweis analysierten sie die Tausenden anderer Blattmessungen. Die Ergebnisse waren überraschend.

„Wir waren erstaunt darüber, wie wunderbar Kinder diese Aufgabe bewältigten; es widersprach unseren ursprünglichen Erwartungen. Die meisten Messungen waren von hoher Qualität. Dies ermöglichte es meinen Schülern, einen automatisierten Prozess zu erstellen, der aus dem größeren Datensatz einen genauen Satz von MicroPlant-Messungen erzeugte “, sagt Pivarski.

Die Forscher sagen, dass die Studie das Argument unterstützt, dass Community Science nicht nur als Lehrmittel wertvoll ist, um Menschen für Wissenschaft zu interessieren, sondern auch als gültiges Mittel zur Datenerfassung.

„Biologische Sammlungen sind in einzigartiger Weise bereit, die Verwaltung des Lebens auf der Erde in einer Zeit des katastrophalen Verlusts der biologischen Vielfalt zu informieren, doch Bemühungen, Sammlungen voll auszuschöpfen, werden durch einen Mangel an ausgebildeten Taxonomen behindert. Crowdsourcing-Datenerfassungsprojekte wie diese haben ein großes Potenzial beschleunigen die Entdeckung und Dokumentation der Biodiversität anhand digitaler Bilder wissenschaftlicher Proben“, sagt von Konrat.