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地球自誕生以來(lái)已經(jīng)度過(guò)了數(shù)十億年的歲月，而人類的存在不過(guò)是其中微不足道的片段。人類以無(wú)與倫比的創(chuàng)造力推動(dòng)著文明的進(jìn)步，但從近代開(kāi)始，我們的許多行為導(dǎo)致了眾多全球性的問(wèn)題，給自己以及其他生命制造了嚴(yán)重的威脅。

研究人員在設(shè)置相機(jī)陷阱。© Justine E.Hausheer

越來(lái)越多的人知道，我們必須維持全球氣候穩(wěn)定，必須滿足不斷增長(zhǎng)的全球人口對(duì)自然資源的需求，必須挽救孕育各種生命的生態(tài)系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，我們亟需改變當(dāng)前的發(fā)展模式。

科學(xué)使變革成為可能。在保護(hù)地球環(huán)境的努力中，科學(xué)技術(shù)已然成為不可或缺的要素。以下是一些深受大自然保護(hù)協(xié)會(huì)（TNC）研究與實(shí)地工作人員歡迎的創(chuàng)新科技。

魚臉識(shí)別技術(shù)

TNC和合作伙伴幫助漁民進(jìn)行可持續(xù)捕魚。©KevinArnold

對(duì)于魚類，我們大多都有“臉盲癥”。但為了了解全球漁場(chǎng)狀況，我們又有必要去分辨它們。管理學(xué)大師彼得·德魯克有一句名言：“你如果無(wú)法度量它，就不能管理它。”目前全球有超過(guò)10000個(gè)漁場(chǎng)，但只有不到440個(gè)的狀況得到了評(píng)估。

在海上，每天都有無(wú)數(shù)漁船進(jìn)行著捕魚作業(yè)，漁業(yè)管理者和環(huán)保人士們不可能親至每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢查魚獲的數(shù)量和物種。為此，TNC與合作伙伴一起開(kāi)發(fā)了一個(gè)名為“魚臉”（FishFace）的系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)用面部識(shí)別技術(shù)，能夠分辨照片或視頻中的魚類，并收集、整理、分享魚類信息（如種類、數(shù)量、長(zhǎng)度等），甚至還能追蹤魚獲在市場(chǎng)供應(yīng)鏈中的位置與狀態(tài)。有了這些信息，漁場(chǎng)和漁業(yè)發(fā)展的狀況就能被更精準(zhǔn)地確認(rèn)，人類也能更好地管理漁場(chǎng)與漁業(yè)。

看來(lái)，通常被用于解決犯罪事件的技術(shù)也能為漁業(yè)管理出一份力了。

血液、電池與新型能源

© U.S. Department of Energy

用血液或者鈉鹽替代鋰驅(qū)動(dòng)的電池？模擬硨磲細(xì)胞的替代能源生產(chǎn)裝置？以土壤對(duì)抗氣候變化的技術(shù)？這些不僅能成為科幻小說(shuō)的素材，更是“自然之網(wǎng)”項(xiàng)目（NatureNetScience Fellows Program）下TNC科研人員們研究的目標(biāo)?？茖W(xué)家們致力于探索前沿的未來(lái)科技以應(yīng)對(duì)全球氣候變化，例如可以在可接受成本下大規(guī)模生產(chǎn)和儲(chǔ)存清潔能源的納米技術(shù)。

該項(xiàng)目是TNC與多所國(guó)際頂尖研究型大學(xué)（賓夕法尼亞大學(xué)、哈佛大學(xué)、耶魯大學(xué)、普林斯頓大學(xué)、加州大學(xué)洛杉磯分校、斯坦福大學(xué)、康奈爾大學(xué)等）合作的產(chǎn)物。其初始資助人、默克公司前首席執(zhí)行官兼董事長(zhǎng)羅伊•瓦杰洛斯（Roy Vagelos）先生表示：“這個(gè)項(xiàng)目會(huì)告訴世人環(huán)境保護(hù)需要跨學(xué)科、多領(lǐng)域的科學(xué)合作，而不是僅靠生物學(xué)和生態(tài)學(xué)。”他希望“自然之網(wǎng)”能夠堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展的原則，引導(dǎo)TNC和世界解決農(nóng)業(yè)、水資源、能源等方面的發(fā)展問(wèn)題。

相機(jī)陷阱記錄野生動(dòng)物

© Jonathan Armstrong

曾經(jīng)，相機(jī)作為劃時(shí)代的發(fā)明，讓許多人認(rèn)識(shí)到了自然界的神奇與神秘。現(xiàn)在，它的升級(jí)版——相機(jī)陷阱（camera trap）能夠幫助我們進(jìn)一步了解自然。

人類的好奇心和創(chuàng)新力催生了相機(jī)陷阱。在19世紀(jì)末的英國(guó)，自然攝影成為一種風(fēng)尚。受此影響，攝影師喬治·希拉斯（George Shiras）先生發(fā)明了第一臺(tái)相機(jī)陷阱——他把相機(jī)、手電筒和一個(gè)巧妙設(shè)計(jì)的絆索系統(tǒng)拼湊在一起。當(dāng)野生動(dòng)物被電線絆倒時(shí)，手電筒會(huì)連帶著啟動(dòng)以提供亮光，相機(jī)快門被觸發(fā)從而完成拍照。

現(xiàn)在，人類已經(jīng)習(xí)慣了用相機(jī)遠(yuǎn)程拍攝和記錄野生動(dòng)物?？纯次覀?nèi)缃竦脑O(shè)備吧：體積小巧、重量輕、壽命長(zhǎng)、分辨率高，可安裝在樹(shù)或者巖石上，在野外無(wú)人看管的情況下，能夠收集并儲(chǔ)存數(shù)周乃至數(shù)月的高分辨率圖片、音頻、視頻和其他數(shù)據(jù)。從希拉斯先生的發(fā)明演變?yōu)槿缃竦母呖萍佳b備，人類的創(chuàng)造力和想象力發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

紅外相機(jī)拍攝的野生大熊貓

現(xiàn)代相機(jī)可由太陽(yáng)能供電，具有耐濕、耐熱、耐水、耐寒的特性（一些遠(yuǎn)程相機(jī)被放置在將近零下30℃的環(huán)境里），配備有紅外線和運(yùn)動(dòng)傳感器，甚至能夠通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將實(shí)時(shí)圖像傳輸?shù)街悄苁謾C(jī)上，這些優(yōu)點(diǎn)使得相機(jī)陷阱成為自然保護(hù)科學(xué)研究中最常用到的工具之一。

全世界的研究人員——包括專業(yè)機(jī)構(gòu)旗下的學(xué)者以及民間的科學(xué)家——都在使用相機(jī)陷阱，而他們得到的一些照片甚至具有一定的美學(xué)價(jià)值。為了更好地評(píng)估生物多樣性，TNC的科學(xué)家們正不斷更新相機(jī)陷阱的使用方法：他們?cè)诿绹?guó)北卡羅來(lái)納的沼澤里緊盯捕蠅草的天敵，在澳洲偏遠(yuǎn)的西部測(cè)量野生駱駝對(duì)沙漠綠洲的影響，觀測(cè)“可控?zé)?rdquo;的效果，并記錄世界上最難以尋找的一些生命——比如蒙古的雪豹和巴布亞新幾內(nèi)亞的天堂鳥。

無(wú)人機(jī)、激光與人工智能

一架裝有攝像機(jī)的防水遙控?zé)o人機(jī)準(zhǔn)備調(diào)查海地海岸的海底地形。

© Tim Calver

最早的遙感技術(shù)應(yīng)用可追溯至19世紀(jì)40年代，當(dāng)時(shí)的人們將相機(jī)安裝在熱氣球上，以便從上向下地拍攝地表的照片。而在之后的170年中，遙感技術(shù)（這個(gè)術(shù)語(yǔ)本身是由美國(guó)海軍研究辦公室的伊芙琳·普魯特在20世紀(jì)50年代創(chuàng)造和定義的）已經(jīng)從早期粗獷的航拍發(fā)展到了能讓“科幻小說(shuō)之父”儒勒·凡爾納都大吃一驚的程度。

在今天，這項(xiàng)“在不進(jìn)行直接接觸的情況下識(shí)別、觀察與測(cè)量一個(gè)對(duì)象”的技術(shù)已經(jīng)發(fā)展出了一系列的工具——例如高分辨率衛(wèi)星圖，測(cè)量冰川和海岸線微弱變化的激光，能以2厘米的分辨率拍照、攝像、繪圖的大內(nèi)存無(wú)人機(jī)等。

TNC的史蒂夫·希爾（Steve Schill）等科學(xué)家，在開(kāi)發(fā)和利用包括無(wú)人機(jī)在內(nèi)的遙感工具方面走在前列，這些工具能夠提供信息并以此引導(dǎo)全球各地的環(huán)境保護(hù)和發(fā)展決策。在加蓬，科學(xué)家們用無(wú)人機(jī)繪制了9000平方公里的濕地地圖。在加勒比海，希爾利用一架可以在水上起降的無(wú)人機(jī)調(diào)查了水面上下的棲息地并繪圖（其兩棲能力來(lái)自一個(gè)普通的特百惠塑料容器）。在美國(guó)，科學(xué)家們測(cè)試一種配備多光譜攝像機(jī)的無(wú)人機(jī)，以便監(jiān)測(cè)小溪流和濕地的水質(zhì)。隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，它們變得更小、更強(qiáng)、更便宜，在野外科研領(lǐng)域可能發(fā)揮出極大的作用。

在其他技術(shù)領(lǐng)域也有著類似的進(jìn)步。舉例來(lái)說(shuō)，Terra-i是一個(gè)人工智能程序，能通過(guò)實(shí)時(shí)降雨數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)特定棲息地應(yīng)有的綠化程度，然后將預(yù)測(cè)結(jié)果與監(jiān)測(cè)衛(wèi)星傳回的棲息地圖像進(jìn)行對(duì)比從而指導(dǎo)環(huán)保工作的開(kāi)展。激光雷達(dá)是一種利用激光對(duì)森林進(jìn)行遠(yuǎn)程測(cè)繪的工具，其準(zhǔn)確性和有效性已得到證明，可以用來(lái)測(cè)量印度尼西亞森林采伐減少后所取得的效果。

生物聲學(xué)：傾聽(tīng)雨林的聲音

聲波取樣記錄器   ©Zuzana Burivalova

將自己置身于自然環(huán)境中，你往往能聽(tīng)到各種動(dòng)物的鳴叫，這些聲音不僅動(dòng)聽(tīng)，對(duì)科學(xué)家和環(huán)保人士來(lái)說(shuō)更是有價(jià)值的數(shù)據(jù)。生物聲學(xué)作為一門新興的交叉學(xué)科，利用“聲景”——即人對(duì)聲環(huán)境的感知、體驗(yàn)或理解，來(lái)粗略地判斷生物多樣性的程度。

研究人員在森林中部署了靈敏的聲波和超聲波記錄器。聲波記錄器可以捕捉處于人類聽(tīng)力的正常范圍——即1到24千赫的聲音，包括鳥類、一些蝙蝠、青蛙、哺乳動(dòng)物和大多數(shù)昆蟲的聲音。超聲波記錄器則能接收到高達(dá)96千赫茲的人類無(wú)法直接聽(tīng)到的聲音，這使得科研人員們能夠采集一些昆蟲和蝙蝠的數(shù)據(jù)。

這些聲音能夠幫助研究人員初步估計(jì)生物多樣性的水平，從而確定保護(hù)活動(dòng)是否有效。TNC目前正在應(yīng)用生物聲學(xué)技術(shù)，以確定旨在保護(hù)加里曼丹島野生動(dòng)物的最佳森林管理方法，并判斷巴布亞新幾內(nèi)亞土地利用計(jì)劃的生態(tài)保護(hù)效果。

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)：省錢又省水

無(wú)人機(jī)用多光譜相機(jī)拍攝的玉米地。©TNC（Jon Fisher）

在世界上許多地方，農(nóng)民用灌溉法來(lái)培育作物，盡管這種方法有助于在較干旱地區(qū)進(jìn)行糧食生產(chǎn)，但也造成了水資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。在灌溉的過(guò)程中，大量的水流失到土壤里，或被浪費(fèi)在一些并沒(méi)有種植作物的區(qū)域。通常情況下，農(nóng)場(chǎng)在分配水（或化肥和殺蟲劑）時(shí)以農(nóng)田為單位，為每個(gè)單位配置等量資源。但各片農(nóng)田的狀況會(huì)有較大差異，因此許多資源最終會(huì)被浪費(fèi)掉。

為了降低耕種成本，減少農(nóng)業(yè)投入，越來(lái)越多的農(nóng)民們將目光轉(zhuǎn)向了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。將無(wú)人機(jī)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、傳感器等技術(shù)組合在一起后，農(nóng)民們可以確定單位農(nóng)田應(yīng)有的資源投入。

TNC和合作伙伴們?cè)诿绹?guó)喬治亞州弗林特河流域改進(jìn)灌溉技術(shù)并部署精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)所需設(shè)備，使得農(nóng)民們?cè)诰S持作物產(chǎn)量的同時(shí)節(jié)省了數(shù)十億加侖的水。這些多出來(lái)的水將被用于維持野生動(dòng)植物的生存，本地魚類物種與瀕臨滅絕的淡水貽貝將因此獲益。此外，在全球聞名的鱒魚棲息地愛(ài)達(dá)荷州的銀溪（Silver Creek）附近，TNC與酒水生產(chǎn)商米勒康勝（MillerCoors）合作，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)場(chǎng)安裝新的灑水裝置、噴嘴和電腦控制的灌溉系統(tǒng)。通過(guò)這些設(shè)備，每天可減少數(shù)百萬(wàn)加侖的水資源消耗。

新興產(chǎn)業(yè)帶來(lái)新靈感

一只患有白鼻綜合癥的棕色小蝙蝠被成功治愈后即將放歸。

©Bat Conservation International

廣闊的思路有助于解決復(fù)雜的全球性挑戰(zhàn)。實(shí)際上，越開(kāi)越多的自然保護(hù)人士正將目光轉(zhuǎn)向其他領(lǐng)域的研究，他們還關(guān)注著新興行業(yè)的發(fā)展，甚至?xí)疆?dāng)?shù)氐募揖佑闷飞痰昀飳ふ覒?yīng)對(duì)全球環(huán)境問(wèn)題的辦法。

比如，有一種細(xì)菌通常被用來(lái)減緩水果發(fā)霉的速度，后來(lái)它被發(fā)現(xiàn)同時(shí)還是蝙蝠白鼻綜合癥的首個(gè)克星。又比如，為了讓山艾樹(shù)的種子存活下來(lái)，俄勒岡州的環(huán)保人士曾想盡了辦法，直到他們利用面條機(jī)做出了一種特殊的土壤混合物，用這種混合物制成的種子包衣能使山艾樹(shù)的存活率提高70%。

我們對(duì)微生物的認(rèn)識(shí)正不斷深入，而這將為醫(yī)療保健、材料開(kāi)發(fā)、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域做出貢獻(xiàn)。舉例來(lái)說(shuō)，土壤微生物可能是對(duì)付旱雀草（cheatgrass）這種極其強(qiáng)韌的入侵物種的最佳且唯一的辦法。

有時(shí)，家門口的五金店也能產(chǎn)生解決生態(tài)問(wèn)題的方案。利用PVC管和發(fā)電機(jī)，環(huán)保人士可以制造出流水的聲音，吸引遷徙的鯡魚進(jìn)入船閘，從而讓魚群越過(guò)水壩，回到產(chǎn)卵地。在佛羅里達(dá)的阿帕拉契科拉河上，這個(gè)簡(jiǎn)單的方法使鯡魚的數(shù)量在兩年內(nèi)從1萬(wàn)條增加到25萬(wàn)條。