CC BY
57
УДК 598.2+591.9
М. В. Калякин, О. В. Волцит, А. А. Морковин, В. Н. Москаленко
Зоологический музей Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова
ЭЛЕКТРОННЫЕ БАЗЫ ДАННЫХ ЗООЛОГИЧЕСКОГО МУЗЕЯ МГУ Аннотация
В статье описана система хранения данных в Зоологическом музее МГУ. Рассматривается подход к организации баз данных, как для музейных коллекций, так и для фаунистических наблюдений. На примере программы «Птицы Москвы и Подмосковья» интеграция имеющихся баз с онлайн ресурсами позволила расширить возможности по сбору научного материала с привлечением любителей орнитологии. Материалы, собранные в процессе реализации программы, способствовали подготовке региональных атласов птиц и созданию системы мониторинга за биоресурсами.
Ключевые слова:
базы данных, мониторинг, музейные коллекции, фаунистика.
M. V. Kalyakin, O. V. Voltzit, A. A. Morkovin, V. N. Moskalenko
DIGITAL DATABASES IN ZOOLOGICAL MUSEUM OF MOSCOW STATE UNIVERSITY
Abstract
Here we present the data storage system of the Zoological Museum of the Moscow State University. An approach to the organization of databases for museum collections and for faunistic observations is considered on an example of an ornithological database. In the program «Birds of Moscow and Moscow region» integration of existing databases with online resources allowed to expand the possibilities for collecting scientific material with the involvement of birdwatchers. The data collected during the implementation of the program contributed to the creation of regional bird atlases and development of bioresources monitoring scheme.
Keywords:
database, faunistic data, monitoring, museum collection.
Современный подход к хранению данных о музейных коллекциях предполагает создание компьютерных баз данных, обеспечивающих стандартизованный ввод информации и быстрый доступ к ней. Наряду с основными сведениями об экземплярах, которые приводятся на этикетке, такие базы могут быть связаны с электронным депозитарием фотографий или трехмерных моделей объектов, обращения к которым во многих случаях достаточно для получения необходимой информации. Фотогалереи, хранилища видеозаписей, фонотеки голосов животных, банки ДНК-сиквенсов могут быть представлены как самостоятельные разделы хранения, дополняющие традиционные коллекции дериватов. Сбор данных о распространении видов также предполагает ведение баз данных по встречам животных, в т. ч., создаваемых с участием непрофессионалов.
Подобные базы данных уже существуют в ряде научных учреждений России; нередко они связаны и с международными системами доступа к данным, в частности, с базой данных GBIF (http://www.gbif.org/), предоставляющей
пользователям открытый доступ к биологическим данным. В Московском университете им. М. В. Ломоносова создание всеобъемлющей биологической базы данных проводится в рамках проекта по организации Депозитария живых систем (https://animal.depo.msu.ru/). Большинство зоологических коллекций хранится в Зоологическом музее — подразделении биологического факультета университета, которое курирует зоологическое направление в Депозитарии. Значительно менее обширные коллекции существуют на других кафедрах того же факультета, и информацию по ним также предполагается хранить в базе данных Депозитария. Внутренняя база данных музея, содержащая полный набор сведений по единицам хранения, доступна сотрудникам музея, а ее наполнение контролируется кураторами коллекций. На основе онлайн-системы, разрабатываемой для Депозитария, уже создан и совершенствуется открытый онлайн-ресурс, предоставляющий основные сведения по музейным экземплярам. В перспективе эта информация будет доступна также и через GBIF.
В музее существуют несколько баз данных: 1) по коллекциям, 2) по фаунистическим находкам птиц, 3) «Гнездящиеся птицы Европейской России», 4) фонотека голосов животных, 5) библиографическая по птицам Европейской России.
Образцы различных групп животных, представленные в музейных коллекциях, собраны в течение более чем 200 лет на территории России и многих других стран и представляют собой богатейший материал для исследований. В настоящее время коллекционная база данных, объем которой пока составляет около 200 тысяч строк, содержит сведения о следующих группах животных: млекопитающие, птицы, амфибии, рептилии, рыбы, беспозвоночные животные (примерно 20 крупных таксонов, включая несколько отрядов насекомых), в т.ч. данные о нескольких тысячах типовых экземпляров. Основная задача кураторов коллекций — оцифровка инвентарных книг, составленных в докомпьютерную эпоху. Данные о новых поступлениях сразу вносятся в базу данных.
Музейная база данных, доступная для сотрудников, организована в виде базы MySQL, содержащей электронные каталоги, унифицированные по внутреннему стандарту. Число и тип вводимых символов заданы правилами в рамках MySQL для облегчения объединения данных и во избежание ошибок при вводе.
Сведения о конкретном объекте содержатся в нескольких разделах и связаны через уникальный индекс экземпляра. Основные данные о музейном экземпляре, такие, как форма хранения, сведения о коллекторе, биотопе сбора и т.п., а также морфологическая часть, относятся к коллекционному разделу; таксономический раздел определяет положение описанного образца в иерархии таксономических категорий. Морфологическая часть включает описание существенных признаков экземпляров, данные морфометрии и др., набор полей здесь может сильно различаться в зависимости от таксона. Места сбора экземпляров в геоинформационном разделе зачастую указываются в виде координат, однако, для экземпляров с этикетками, на которых приведены устаревшие названия, координаты восстанавливаются с привязкой к регионам и указанием радиуса погрешности. Кроме того, база включает библиографический раздел со списком первоописаний соответствующих таксонов и оцифрованными текстами самих публикаций, а также изографический раздел — оцифрованные изображения объекта и этикетки к нему. Если у музейного экземпляра была
взята проба ткани на ДНК, и путем секвенирования была установлена последовательность генов, то отметка об этом и номер сиквенса в Генбанке также заносятся в соответствующий раздел.
Фонотека представляет собой отдельную базу данных ввиду специфики заносимых в нее сведений. Поскольку объект записи практически никогда не представлен в коллекции, а значит, не может иметь индивидуального номера, объектом нумерации является конкретная запись. Помимо данных о виде животного и о Ф.И.О. сборщика материала вносятся также важные сведения о параметрах аудиофайла и записывающего и оцифровывающего оборудования. Основу коллекции составляют записи голосов птиц, но она включает также записи звуков, издаваемых млекопитающими, амфибиями и насекомыми.
Кураторы коллекций ведут свои записи в формате Excel или Access по форме, позволяющей легко импортировать данные в общее хранилище. Зоологические коллекции, поступающие на хранение в музей из внешних организаций, также вносятся по шаблонам в имеющуюся таблицу.
В рамках разработки информационно-аналитической системы данных создается внутренняя программа для работы кураторов коллекций по вводу и редактированию данных. Данный административный интерфейс позволит вносить новые записи непосредственно на сервер, будет сочетать в себе средства импорта и экспорта таблиц и обеспечит разделяемый многопользовательский доступ и набор служебных инструментов (возможность распечатки этикеток, каталогов, инвентарных карточек и др.).
Благодаря наличию коллекционных экземпляров, существует возможность проводить их повторные исследования, в т.ч., морфологические, осуществлять переопределение и уточнение подвидовой и видовой принадлежности, устанавливать границы ареалов и определять пределы распространения обычных и многочисленных видов, изучать последовательность генов у редких, исчезающих и вымерших видов. Однако упомянутые и не упомянутые здесь задачи фаунистики невозможно решать, опираясь исключительно на музейные коллекции: даже для наиболее представленных в них видов материал, как правило, накапливается долгие годы, в то время как изменения ареалов в ряде случаев происходят стремительно. Кроме того, коллекционные материалы, собранные до массового распространения GPS-навигации, нередко имели лишь приблизительное указание места сбора. И если для таких групп, как беспозвоночные, сбор коллекций и сегодня представляет собой практически единственный способ установления видовой принадлежности особей, то для позвоночных, и прежде всего птиц, визуальные наблюдения в природе обеспечивают сравнительно несложный и при этом массовый сбор данных о распространении каждого конкретного вида. Фаунистические заметки составляют немалую часть орнитологических публикаций в России, однако многие из них выходят в малотиражных региональных изданиях, и их поиск для последующего анализа весьма проблематичен. Параллельная публикация фаунистических данных в электронных системах существенно упростила бы их поиск. Примером подобной системы, ориентированной преимущественно на позвоночных животных, служит Фаунистический банк данных, поддерживаемый лабораторией зоологического мониторинга при Новосибирском научном центре РАН (http://eco.nsc.ru/zoomonit/zoomonit_r.htm). В этой системе хранятся данные по абсолютной численности видов, в большинстве своем, полученные профессиональными наблюдателями с использованием достаточно сложных методик;
на их основе можно проводить эколого-географический анализ и оценивать численность видов.
Однако задачи фаунистики могут решаться более простыми средствами: для них достаточно сообщений о регистрациях, которые могут предоставлять и непрофессиональные наблюдатели - разумеется, при условии контроля качества поставляемых ими данных со стороны профессионалов. Любительская орнитология — массовое увлечение в Европе, США и других странах. Вовлечение любителей позволяет существенно увеличить объем получаемых данных, вести постоянный мониторинг границ ареалов и численности видов (Greenwood, 2007). В настоящее время любительская орнитология активно развивается и в России. Программа «Птицы Москвы и Подмосковья» (http://www.birdsmoscow.net.ru/), действующая при Зоологическом музее с 1999 г. - один из первых российских проектов, направленных на вовлечение широкого круга любителей природы в сбор информации об авифауне (Калякин, Волцит, 2006). Сбор данных был начат в пределах Московской области, которая по настоящее время остается центром наибольшей активности орнитологов-любителей в нашей стране. Позднее к проекту присоединились и наблюдатели из других регионов, чему способствовал запуск созданной И.И. Уколовым веб-базы «Онлайн дневники наблюдений птиц» (http://www.ru-birds.ru). Веб-база и специальное мобильное приложение «Птицы: учет и наблюдение» (Bird Record 3.0) предоставляют всем участникам проекта удобный способ ввода и визуализации данных. Полученные данные хранятся в Зоологическом музее МГУ в виде базы «Птицы Северной Евразии», созданной в MS Access. В дальнейшем планируется включение базы в общеевропейский проект EuroBirdPortal (http://www.eurobirdportal.org), который объединяет национальные системы сбора данных и предоставляет обобщенные сведения о встречах птиц в масштабах всего континента. Данные из системы EuroBirdPortal будут доступны и в GBIF.
Каждая строка базы данных соответствует одному сообщению о встрече конкретного вида птиц в одной точке в конкретную дату. Описание места встречи включает область, административный район и ближайший населённый пункт, по возможности -- координаты района наблюдений, тип обследованного биотопа, длину пройденного маршрута. Поле «Номер точки» связывает основную таблицу со списком всех точек, что позволят указать примерные координаты для тех строк, где они не заданы наблюдателем. Отдельное поле указывает на один из квадратов размером 2 на 2 км, на которые была разделена территория столицы при создании «Атласа птиц города Москвы» (2014), или квадрат размером 50 на 50 км, который является структурной единицей при сборе и анализе данных для создающегося в настоящее время атласа гнездящихся птиц Европейской России; индекс квадрата определяется автоматически на основе координат.
Несколько колонок содержат уточняющую информацию о встрече: число встреченных особей, гнездовой статус и его стандартный индекс. Также предусмотрено поле для комментариев и колонка с указанием авторов наблюдений.
Авторы предоставляют свои наблюдения в произвольной форме (прежде всего, по электронной рассылке программы «Птицы Москвы и Подмосковья» — birdnewsmoscow), в виде таблиц в MS Excel или MS Word, повторяющих структуру базы данных (за исключением служебных полей), либо через онлайн -систему. Последний вариант наиболее удобен, поскольку поля таблиц обеспечивают стандартизацию формата и содержат проверку на правильность
ввода. Так, поля «Гнездовой статус» и «Тип обследованного биотопа» в онлайн -системе содержат стандартные списки значений, исключающие необходимость интерпретации примечаний автора. Поля даты имеют стандартный формат и предусматривают ввод только одной даты, а поля «Число птиц» и «Длина пройденного маршрута» не позволяют вводить нечисловые значения.
Участие орнитологов-любителей в деятельности программы «Птицы Москвы и Подмосковья» позволило осуществить масштабный проект по созданию атласа птиц города Москвы (Атлас птиц..., 2014), который включил сведения о 226 видах птиц, зарегистрированных в ходе тотального обследования территории столицы в период с 2006 по 2011 годы (рис. 1).
При создании атласа была проведена полная инвентаризация фауны города (в т. ч., уточнен список редких видов, внесённых в Красную книгу Москвы), дана оценка численности всех видов городской фауны, изучен характер распределения птиц по территории города и их приуроченность к тем или иным биотопам, получены новые данные по адаптации видов к городским условиям (гнездование в необычных местах, зимовки в норме перелетных видов, частичная смена кормов — выкармливание птенцов подкормкой из кормушек). База данных, собранных в ходе обследования Москвы в рамках создания атласа, непрерывно пополняется, и в настоящее время создана онлайн-версия обновленного и дополненного атласа, куда поступают полученные после публикации книги дополнения (рис. 2).
После завершения проекта по созданию атласа птиц Москвы мы включились в международный проект по созданию Второго атласа гнездящихся птиц Европы, публикация которого намечена на 2020-й год. Цель проекта — отразить произошедшие за примерно 30-летний период изменения в статусе, распространении и численности птиц Европы, а также более полно представить те регионы, данные по которым были не столь репрезентативны в первом издании атласа (Hagemeijer, Blair, 1997), в т. ч. по европейской части России. Перед нами стоит задача не только пополнения сведений о гнездящихся птицах России в общеевропейской сводке, но и создание российской базы данных по гнездящимся птицам европейской части страны и публикация первого российского атласа гнездящихся птиц (в рамках обозначенного региона). Основная наша цель — сбор сведений о распространении птиц на территории европейской части России в гнездовое время за период с 2005 по 2017 гг. и публикация атласа, который будет содержать карты для каждого из примерно 400 видов гнездящихся в этом регионе птиц. Координацию проекта, разработку и ведение базы данных «Гнездящиеся птицы Европейской России» осуществляет Зоологический музей МГУ (см. hhttp://zmmu.msu.ru/musei/struktura_muzeya/ sektor-nauchno-obshhestvennykh-proektov/atlas-gnezdyashhikhsya-ptic-evropejskoj-rossii). В России для работы принята та же методика, что и в программе по созданию общеевропейского атласа гнездящихся птиц (Калякин, Волцит, 2015). Участники проекта для каждого квадрата размером 50 на 50 км (рис. 3) заполняют отчетные формы, которые затем вносятся в базу данных. База данных «Гнездящиеся птицы Европейской России» создана в программе MS Araess и содержит сведения о кодах квадратов, которые попадают на территорию этого региона, доле обследованной в каждом квадрате территории, степени обследованности имеющихся в квадрате типов биотопов, сроках полевых работ, видах птиц, которые обнаружены в квадрате в гнездовой сезон с указанием гнездового
статуса вида по трём категориям (возможное, вероятное или подтвержденное гнездование) и оценки обилия вида в квадрате по логарифмической шкале (рис. 4).
Рис. 1. Пример страницы из атласа птиц города Москвы
Рис. 2. Скриншот страницы сайта программы «Птицы Москвы и Подмосковья», где размещен обновленный атлас птиц города Москвы
Рис. 3. Сетка квадратов размером 50 х 50 км, в соответствии с которой будут структурированы данные в европейском атласе гнездящихся птиц
Рис. 4. Прообраз карты распространения обыкновенной каменки (ОвпаМкв оепапкё), на которой показан гнездовой статус в каждом квадрате
Создание «Атласа гнездящихся птиц Европейской России» и базы данных, на которой он основан, предусматривает выявление современного распределения птиц, характер которого может меняться относительно быстро под влиянием климатических изменений и антропогенных преобразований ландшафтов. Полноценная информация подобного рода, включающая, прежде всего, максимально точные и актуальные карты гнездовых ареалов птиц, до сих пор
отсутствует в России, даже для ее европейской части (Коблик и др., 2011). Между тем эта информация крайне необходима и, безусловно, будет востребована не только для «внутреннего» пользования в рамках проекта по созданию атласа, но и для ведения мониторинга фауны птиц, а также при планировании работ по сохранению биоразнообразия птиц и при проектировании и создании новых ООПТ. Сведения по пространственному распределению птиц и их обилию необходимы для проведения различных экологических экспертиз при планировании хозяйственной деятельности человека.
После публикации атласа мы планируем подготовить его электронную версию, чтобы видовые карты ареалов (рис. 4) были доступны для просмотра и изучения всем специалистам, а также создать онлайн-систему с целью развития и пополнения базы данных гнездящихся птиц. Для создания системы мониторинга и отслеживания изменений состава авифауны, характера распределения видов и изменений их обилия необходимо обеспечить специалистам возможность вводить данные в базу напрямую со своего компьютера, за счет чего значительно сократятся временные затраты координаторов программы на обработку и анализ данных.
Благодарности
Мы благодарим куратора базы данных Зоологического музея МГУ А. А. Лисовского за многочисленные консультации. Работа выполнена в соответствии с государственной исследовательской темой «Таксономический и биохорологический анализ животного мира как основа изучения и сохранения структуры биологического разнообразия» (АААА-А16-116021660077-3). Организационная часть работы по созданию атласа гнездящихся птиц Европейской России поддержана грантом РНФ № 14-50-00029.
Литература
Атлас птиц города Москвы. / Ред.-сост. М. В. Калякин, О. В. Волцит, Х. Гроот Куркамп / Науч. ред. Н. С. Морозов. М.: «Фитон XXI», 2014. 332 с.
Калякин М. В., Волцит О. В. Атлас. Птицы Москвы и Подмосковья. Москва-София: Pensoft, 2006. 372 с.
Калякин М. В., Волцит О. В. О развитии проекта по созданию атласа гнездящихся птиц европейской части России // Бюлл. МОИП. Отд. биол., 2015. Т. 120. Вып. 5. С. 3-12.
Коблик Е. А., Лаппо Е. Г., Редькин Я. А., Томкович П. С., Калякин М. В. Прикладная ареалогия - наше слабое звено // Зоологический журнал, 2011. Т. 90. Вып. 7. С. 835-845.
Hagemeijer W., Blair M. The EBCC Atlas of European Breeding Birds. London: T. & A.D. Poyser, 1997. 903 pp.
Greenwood J. J. D. Citizens, science and bird conservation // Journal of Ornithology, 2007. Vol. 148. № S1. P. 77-124.
Сведения об авторах
Калякин Михаил Владимирович
Доктор биологических наук, директор Зоологического музея МГУ, Москва; kalyakin@zmmu.msu.ru Волцит Ольга Викторовна
Кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Зоологического музея МГУ, Москва; voltzit@zmmu.msu.ru Морковин Антон Алексеевич
зоолог Зоологического музея МГУ, Москва; a-morkovin@yandex.ru Москаленко Виктория Никитична
зоолог Зоологического музея МГУ, Москва; vik.n.mos@gmail.com Kalyakin Mikhail Vladimirovich
PhD (Biology), Director of Zoological Museum of Moscow State University, Moscow; kalyakin@zmmu.msu.ru Voltzit Olga Viktorovna
PhD (Biology), Senior Researcher of the Zoological Museum of Moscow State University, Moscow; voltzit@zmmu.msu.ru Morkovin Anton Alekseevich
Zoologist of Zoological Museum of Moscow State University, Moscow; a-
morkovin@yandex.ru
Moskalenko Viktoria Nikitichna
Zoologist of Zoological Museum of Moscow State University, Moscow; vik.n.mos@gmail.com
