CC BY
47
УДК 57 + 004.9
ДОСТИЖЕНИЯ И ПРОБЛЕМЫ ИНФОРМАТИКИ БИОРАЗНООБРАЗИЯ
(ПО МАТЕРИАЛАМ МЕЖДУНАРОДНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ "E-BIOSPHERE 09") М.Д. Уфимцева, Н.В. Терехина
Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург
Эл. почта: margufim@MU2881.spb.edu Статья поступила в редакцию 06.08.2009, принята к печати 26.02.2010
На прошедшей в июне 2009 г. в Лондоне международной конференции "e- Biosphere 09 " был рассмотрен ряд проблем, связанных с информатикой биоразнообразия. Представители разных сфер деятельности продемонстрировали имеющиеся разработки и выдвинули предложения по развитию глобальной системы учета, контроля и сохранения биоразнообразия на разных иерархических уровнях. Отмечена высокая значимость этой конференции на современном этапе развития науки и общества.
Ключевые слова: биоразнообразие, информатика, устойчивое развитие.
ADVANCES AND PROBLEMS IN INFORMATICS OF BIODIVERSITY AS DISCUSSED AT THE INTERNATIONAL CONFERENCE
"E-BIOSPHERE 09"
M.D. Ufimtseva and N.V. Terekhina
Saint-Petersburg University, Saint-Petersburg, Russia E-mail: margufim@MU2881.spb.edu
The issues discussed at the International Conference "e-Biosphere 09" (London, June 2009) included global registry systems for and control and protection of biodiversity at different hierarchial levels. The significance of such forums at the present state of scientific and societal development was acknowledged.
Keywords: biodiversity, informatics, sustainable development.
В последние десятилетия успешно развивается информатика биоразнообразия. Это молодая область научных знаний, находящаяся на стыке естествознания и компьютерных технологий. Она позволяет получать, обрабатывать и распространять информацию, связанную с живыми организмами (таксономический статус, геном, морфология, экологическая ниша, ареал и др.), их взаимодействием между собой и с условиями среды. Компьютерные технологии создают уни-кальнуювозможностьвсеобщегодоступакинформации по биологическим видам и их роли в природе.
В Лондоне 1 -3 июня 2009 г. состоялась Международная конференция по проблемам информатики биораз -нообразия "e-Biosphere 09". Конференция собрала 503 представителя из 69 стран мира. Ее участниками стали ученые, студенты, чиновники, представители НГО (негосударственных организаций) и различных частных компаний, в том числе систематики, экологи, биологи-эволюционисты, специалисты по компьютерным наукам, палеонтологи, а также представители государственных организаций, связанных с охраной окружающей среды, сельским хозяйством, здоровьем населения и др. Конференцию поддержали лондонский Музей естественной истории (Natural History Museum), веб-проект «Энциклопедия жизни» (Encyclopedia of Life) и двенадцать других организаций. От России было заявлено четыре стендовых доклада.
Основными направлениями деятельности конференции были:
- достижение лучшего понимания в вопросе о том, что такое информатика биоразнообразия, чему она может способствовать, каковы ограничения ее современных возможностей;
- исследование запросов пользователей информацией по биоразнообразию, неиспользованного потенциала новых источников информации и новых уровней интеграции данных;
- выявление приоритетов и учет предложений по развитию информатики биоразнообразия на ближайшие 5-10 лет.
В течение трех дней участники знакомились с результатами последних теоретических и прикладных достижений в области информатики биоразнообразия; также обсуждались направления, которых следует придерживаться исследователям в будущем. Первые два пленарных доклада были посвящены обзору влияния, которое имеет информатика биоразнообразия в исследовательских и социальных областях, и проблемам создания глобальных интегрированных сетей по информатике биоразнообразия.
Кристиан Сампер (Cristian Samper) - директор Национального музея естественной истории в Вашингтоне - в своем докладе «Биоинформатика для устойчивого мира» отметил тот факт, что высокое биоразнообразие наблюдается в развивающихся странах, тогда как науч-
ный потенциал и механизмы для изучения и охраны биоразнообразия сосредоточены в развитых странах. Он отметил, что при работе с информацией по биоразнообразию мы сталкиваемся с вопросами по трем направлениям: типы информации, источники информации, пользователи информации:
Типы информации:
- Что это? (Таксономия)
- Где это находится? (Биогеография)
- Как это функционирует?
- Откуда это произошло? (Эволюция)
- Как это используется людьми? (Этнобиология)
- Каким образом это сохранить?
- Как это можно рационально эксплуатировать?
Источники информации:
- Ученые
- Биологические коллекции
- Местные сообщества
- Менеджеры по природным ресурсам
- Частное производство
- Студенты
- Администраторы
Пользователи информации:
- Ученые
- Преподаватели
- Менеджеры природных ресурсов
- Администраторы
- Средства массовой информации
- Общественность
Докладчик обратил внимание на то, что максимальное биоразнообразие наблюдается в тропическом поясе, изучение которого сконцентрировано в Центре изучения биологического разнообразия Центральной Америки в Гайанском университете (Guyana University). Кроме того, существует сеть Глобальных обсерваторий Земли (Global Earth Observatories: www.sigeo.si.edu), которая объединяет 33 обсерватории в Азии, Африке, Южной и Северной Америке, Европе, расположенные преимущественно в тропиках. Докладчик перечислил ряд проектов по информатике биоразнообразия, представленных в сети Интернет.
По мнению докладчика, к ключевым проблемам развития биоинформатики относятся: создание стандартов и инструментов для сбора, хранения и распространения информации; ускоренная оцифровка информации (перевод имеющихся данных - изображений, гер-барных образцов, описаний и пр. - в цифровую форму); вопросы прав интеллектуальной собственности; связывание информации через шкалы и дисциплины; связь с пользователями создаваемой информации.
Сандра Кнапп (Sandra Knapp) - сотрудник Ботанического отдела Музея естественной истории (Лондон) - прочитала доклад «Зачем идти глобально?». Как отметила докладчик, изменение параметров биоразнообразия связано с целым рядом факторов. К наиболее распространенным относятся: нарушение мест обитания, чрезмерная эксплуатация, загрязнение, изменение климата, инвазия чужеродных видов. Экосистемы, в наибольшей степени подвергшиеся загрязнению азотом и фосфором, и нарушенные места обитания расположены в злаковниках умеренного пояса (степях, прериях, пам-
пасах), внутренних водоемах и в береговой зоне. Нарушения мест обитания и чрезмерная эксплуатация чаще наблюдаются в тропических лесах, злаковниках, саваннах. От инвазии чужеродных видов наиболее пострадали экосистемы островов. Чрезмерная эксплуатация в значительной мере негативно проявляется в морских экосистемах и тропических саваннах.
Докладчик сделала экскурс в историю накопления данных о живой природе, подчеркнув, что на современном этапе развития науки инвентаризация планетарного биоразнообразия - это:
- миссия к почти неизвестной планете;
- создание описаний, ревизий, веб-страниц и интерактивных ключей (или других инструментов автоматической идентификации) для всех новых и известных видов в целевой группе (целевая группа - targeted group
- группа организмов, выбранная по тем или иным критериям для исследования);
- получение новых знаний и данных;
- распространение информации по биоразнообразию «всем, везде для исследования, образования и использования».
Докладчик проиллюстрировала эти положения на примере такого семейства растений, как Solanaceae (пасленовые). Предложено использовать электронную модель данных (Data Model) для представления таксономической информации, основываясь как на стандартах Biodiversity Information Standards (TDWG
- www.tdwg.org), так и на других эталонах.
Работы по изучению биоразнообразия базируются на Глобальной стратегии по сохранению растений (Global Strategy for Plant Conservation, decision VI/9), принятой в 2002 г. на Конференции по биологическому разнообразию. Первой целью Стратегии явилось понимание и документирование разнообразия растений.
В начале доклада Сандра Кнапп упомянула известный постулат «Думай глобально, действуй локально». В конце своего доклада она подчеркнула, что для выполнения поставленных задач необходима совместная скоординированная деятельность специалистов разных стран, ибо только объединенные усилия исследователей, изучающих растения в конкретных условиях, позволит претворить в жизнь теперь уже трансформированное выражение «Думай локально, действуй глобально». Таким образом, основной вывод доклада заключается в необходимости объективного обоснования программы исследования и тщательного ее выполнения на местах; только накопив достаточное количество фактического материала, можно перейти к глобальным выводам и действиям.
Затем семь членов дискуссионного стола сделали краткие презентации по некоторым крупным и наиболее важным инициативам в информатике биоразнообразия.
Из вышеперечисленных проектов наиболее масштабный - «Энциклопедия жизни» (Encyclopedia of Life). На сайте проекта планируется дать всестороннюю информацию о 1,8 млн видов живых организмов планеты. Входные страницы сайта для каждого вида подготовлены для широкой публики, но ряд дополнительных страниц ориентирован на специалистов. Текст, дающий описание вида, его морфологию, экологические особенности и географическое распространение, сопровождается изображениями объекта, картой его ареала. Однако следует заметить, на примере некоторых видов растений, которые мы просмотрели, ареалы приводят-
М.д. уфимцева, н.в. терехина
Таблица l
Докладчик Название проекта Адрес сайта
Dave Roberts European Distributed Institute of Taxonomy www. e -taxo no my. eu
Joanne Daly Atlas of Living Australia www.ala.org.au
Nick King Global Biodiversity Information Facility www.gbif.org
Rainer Froese FishBase, AquaMaps joint project of FishBase and SeaLifeBase www.fishbase.org www.aquamaps.org
David Patterson Encyclopedia of Life www.eol.org
Robert Hanner International Barcode of Life Project www. dnabarcoding. org
Frank Bisby Catalogue of Life www.catalogueoflife.org
ся в усеченном виде, без привлечения данных по территории бывшего СССР. Безусловно, этот очень актуальный проект потребует много времени и сил, чтобы решить все поставленные задачи. Необходимо более широкое привлечение специализированных организаций и ученых всей планеты, чтобы создать всеобъемлющую картину живого мира Земли.
Интересен также и проект Atlas of Living Australia, находящийся в процессе реализации. Этот пятилетний проект финансируется государством и преследует следующие цели: интеграция информации обо всех видах живых организмов Австралии, включая данные о видах, сохраненных в коллекциях, и данные полевых наблюдений за живыми организмами; поддержка управления биологическими данными и их интеграции из всех областей исследований - от молекулярного до экоси-стемного уровня; развитие поисковых систем по биологической информации и поддержка использования биологических данных в науке, политике и образовании; гарантия того, что данные об организмах Австралии удовлетворяют современные потребности и организованы согласно информационным требованиям будущего.
Следующие два докладчика (Townsend Petersen, Музей естественной истории и Центр исследования биоразнообразия, профессор факультета экологии и эволюционной биологии, Университет Канзаса; Stella Simiyu, программный служащий SCBD/BGCI, Глобальная стратегия охраны растений, IUCN ESARO, Найроби, Кения) изложили свои взгляды на будущее, касающиеся направлений развития и проблем информатики биоразнообразия, включая необходимость преодоления проблемы так называемого «цифрового неравенства» (цифровое неравенство, или информационное неравенство - ограничение возможностей социальной группы из-за отсутствия у нее доступа к современным средствам коммуникации).
Во второй день (2 июня) были заслушаны три пленарных доклада (Roger Hyam, TDWG; Richard Pyle, Bernce P. Bishop Museum, Honolulu, HI; Nica Cellinese, University of Florida, Gainesville), в которых показано, как современные достижения в информатике дают возможность объединения всей имеющейся информацию по биоразнообразию: от многочисленных баз данных онлайн до исторической и современной литературы.
На дискуссионном столе «Культурные проблемы и изменения» шесть докладчиков изложили свои взгляды на то, как развитие информатики биоразнообразия изме-
няет общественные принципы и практику в области обмена информацией, права интеллектуальной собственности, публикаций открытого доступа. Эти презентации впоследствии были обсуждены участниками конференции.
Участники конференции предлагали свои идеи по решению проблем информатики биоразнообразия, среди которых выделены следующие:
- С какими техническими и культурными проблемами мы столкнемся при создании глобальной инфраструктуры информатики биоразнообразия?
- Что будут требовать пользователи от информатики биоразнообразия в последующие 5-10 лет?
- Как мы можем обеспечить широкое участие и доступ исследователей и других пользователей к информатике биоразнообразия?
На следующем этапе работы участники конференции разделились на десять тематических дискуссионных групп, в которых обсуждалось видение будущего информатики биоразнообразия:
1. Вовлечение общественности
2. Развивающийся мир
3. Биоразнообразие морей
4. Общество и экономика
5. Основы исследования биоразнообразия
6. Природоохранная (консервационная) биология
7. Кибертаксономия
8. Экология и экосистемы
9. Стандарты развития и менеджмента
10. Биоразнообразие и информатика - обучение
Такое, на первый взгляд, бессистемное многообразие проблем обусловлено разнородностью участников конференции и многополюсным подходом к решению задач, связанных с развитием информатики биоразнообразия.
На третий день работы конференции (3 июня) представители дискуссионных групп огласили те новые идеи и рекомендации, которые были приняты в ходе обсуждения. С их предложениями можно ознакомиться на сайте (http://www.e-biosphere09.org/page/25/conference-programme2.html).
Финальная пленарная сессия объединила взгляды участников Конференции на будущее информатики биоразнообразия. На этой сессии выступил Джеймс Хенкен (James Hanken, Museum of Comparative Zoology,
Harvard University) с докладом «Итоги конференции "e-Biosphere 09"». Докладчик отметил ряд выявленных проблем:
- потенциал информатики биоразнообразия для науки и общества еще в своей большей части еще не использован, несмотря на то, что вызывает огромный интерес как ученых, так и других пользователей;
- не полностью использованы инструменты и технологии компьютерных и информационных наук, операционного менеджмента и пр.;
- имеются громадные возможности в автоматизации, которые впоследствии приведут к экономии времени и денег;
- определения биоразнообразия и информатики тематически узки и консервативны;
- информатика биоразнообразия должна быть чем-то большим, чем просто оцифровка, которую выполняют музейные работники.
Анализируя представленные постеры, докладчик особое внимание уделил следующим:
- Моделирование распространения видов с помощью нейросетевого анализа (Species distribution modelling with neural networks): F.A. Rodrigues, A.O. Avillal, E. Silva da Cunha Rodrigues et al. (Бразилия). Авторы представляют компьютерную программу для моделирования экологических ниш конкретных видов растений, что важно для природоохранных целей.
- Автоматическая геопривязка растра неполных записей коллекций с использованием интеллектуальных мультиа-гентных систем (Automatic georeferencing of incomplete records of collections using intelligent multiagent systems): A. de Castro, M. Delgado, W. Fajardo, R. Perezl (Испания). Предлагаемая авторами система дает возможность приблизительного определения географических координат точек сбора образцов, в случаях, когда на этикетке указано лишь словесное описание местонахождения.
- Системы распознавания компьютерных изображений для идентификации видов (Advances in taxonomic identification by image recognition, with the generic content-based image retrieval 'IKONA'): M. Coutaud, P. Bonnet, Al. Joly et al. (Франция).
Рассматривая намечаемые пути развития биоинформатики, докладчик отметил следующие необходимые шаги:
- достижение максимальной простоты и удобства в использовании информации по биоразнообразию;
- введение общих стандартов в сборе, форматировании и обмене данных;
- общепринятый таксономический базис;
- необходимость вознаграждения за участие и обмен данными;
- развитие компьютерных наук и использование передовых технологий;
- минимизация усилий и их дублирования;
- ориентация как фундаментальных, так и прикладных исследований на решение актуальных научных и социальных проблем;
- создание жизнеспособных финансовых моделей, с целью застраховать устойчивое развитие.
Всего на конференции было представлено 180 постеров, со многими из которых можно ознакомиться на сайте (http://www.e-biosphere09.org/page/posters.html). Кроме того в рамках конференции проводилась ярмарка «Street Fair», на которой демонстрировались достижения 49 организаций, работающих с базами данных и компью -терными программами по биоразнообразию.
Нами на конференции был представлен постер «Химический состав растений - индикатор их биоразнообразия и разнообразия экосистем», которым был показан еще один аспект биоразнообразия - биогеохимический. Химический состав живых организмов не является столь жестким критерием, каким выступает их генетический код, но, тем не менее, он имеет определенную специфику даже на уровне рода. Данные подобного рода необходимы для понимания эволюционного процесса в природе, закономерностей видообразования. При подробном изучении элементного состава живых организмов различных природных зон и более мелких территориальных подразделений создаются базы данных, необходимые для проведения экологических работ (оценка воздействия на окружающую среду, экологическая экспертиза и пр.). Создание таких баз данных на локальном, национальном и межнациональном уровне даст возможность оперативно проводить такие работы.
Из представленных на конференции веб-сайтов хотелось бы отметить сайт, который продемонстрировал Аль-берг Маури (Хельсинки): hlberg Mauri "NatureGate®: Free, rapid, interactive online service for identification of species, promoting biodiversity learning, studying, teaching and understanding". Этот проект позволяет широкому кругу пользователей самого разного уровня легко и быстро определять виды растений, идентифицировать птиц, бабочек. Планируется расширить круг объектов и включить туда рыб, горные породы и минералы. Объединив ученых из разных областей науки, фотографов и просто заинтересованных лиц, организаторам проекта удалось создать прекрасный по оформлению и емкий по содержанию интерактивный определитель живой природы Финляндии, данные в котором приведены на семи языках. Этот сайт представляет несомненный интерес для пользователей Северо-Запада России.
Проблема создания всемирной системы контроля состояния растительного покрова и животного мира, безусловно, является актуальной и требует активного участия ученых всего мира для создания полноценной базы данных. Вовлечение российских специалистов в проект "Encyclopedia of Life" необходимо, так как на современном этапе территория России практически не задействована при составлении карт ареалов живых организмов.
После окончания конференции был проведен семинар (Planning Meeting), результатом его работы стала резолюция, в которой были намечены основные взаимосвязанные пути развития информатики биоразнообразия на ближайшие 5-10 лет.
Информатика биоразнообразия - быстро развивающаяся область, объединяющая информационную науку и технологии, которые тесно связаны с данными о живых организмах, и позволяющая глубже изучить проблемы биологического разнообразия. Громадное значение для науки и общества в целом имеет создание беспрецедентного доступа к информации о генах, организмах, видах, популяциях, экологических взаимодействиях, экосистемах и о воздействии на них человека. Все это необходимо для решения глобальных проблем окружающей среды, сохранения биологического разнообразия, но требуется объединение усилий специалистов разных стран для достижения поставленных целей. Состоявшаяся конференция явилась закономерным этапом в разработке идей развития информатики биоразнообразия и путей их реализации.
