Новый инструмент глубокого обучения может определить, является ли лосось диким или выращенным на фермах

Статья, опубликованная в Биологические методы и протоколы, обнаруживает, что теперь можно отличить дикого лосося от выращенного на ферме с помощью глубокого обучения, что потенциально значительно улучшает стратегии защиты окружающей среды. Статья называется «Идентификация сбежавшего выращенного лосося по рыбьей чешуе с помощью глубокого обучения».

Норвегия является домом для крупнейших сохранившихся диких популяций дикого лосося, а также является одним из крупнейших производителей выращиваемого лосося. Численность атлантического лосося в Норвегии снизилась более чем на 50% с 1980-х годов и сейчас находится на исторически низком уровне. Сбежавший лосось, выращенный на фермах, является важной причиной такого снижения.

Норвегия ежегодно производит более 1,5 миллионов тонн выращиваемого атлантического лосося. Однако каждый год около 300 000 выращенных на фермах лососей убегают в дикую природу.

Экологические и генетические угрозы от побегов

Сбежавшие лососи представляют собой существенную экологическую и генетическую угрозу для диких популяций, поскольку они усиливают конкуренцию за ограниченные ресурсы, такие как пища и нерестилища, потенциально вытесняя дикого лосося или снижая его репродуктивный успех.

Выращенный на фермах лосось также является источником патогенов и паразитов, таких как морские вши, что ухудшает нагрузку на популяции дикого лосося, которые уже уязвимы из-за изменения климата и деградации среды обитания.

Выращенный лосось генетически отличается от диких популяций, и скрещивание сбежавших с ферм лососей и дикого лосося приводит к генетическим изменениям, которые делают дикого лосося менее приспособленным к адаптации к изменениям окружающей среды или устранению окружающих угроз. Генетический анализ показывает, что примерно две трети дикого лосося в Норвегии несут генетические признаки, указывающие на скрещивание лосося, выращенного на фермах.

Мониторинг и выявление сбежавшего лосося

Ученые следят за сбежавшим лососем, выращенным на фермах, с помощью генетического анализа и изучения рыбьей чешуи. Однако мониторинг различий в структуре чешуи рыбы вручную требует много времени и чрезвычайно дорог. Исследователи могут отличить дикого лосося от выращенного на ферме, потому что чешуя лосося растет, образуя на ее поверхности концентрические кольца.

Как и в случае с годичными кольцами, количество и расстояние между этими кольцами соответствуют росту рыбы. Выращенный на фермах лосось имеет чешую, которая демонстрирует быстрый и устойчивый рост, в результате чего чешуя расположена равномерно и имеет ограниченные сезонные маркеры.

Напротив, у дикого лосося наблюдаются выраженные сезонные колебания в росте, вызванные непостоянными температурами, наличием добычи и миграцией.

Разработка модели глубокого обучения и результаты

Чтобы помочь исследователям различать разные типы лосося в более крупных масштабах, исследователи обучили новую сверточную нейронную сеть, используя почти 90 000 изображений чешуи атлантического лосося из Норвежского ветеринарного института и Норвежского института природных исследований. Они установили стандартизированный конвейер обработки и оценили модель по сравнению со сканерами человеческого масштаба и рыбами известного происхождения.

Общий набор данных состоял из почти 90 000 изображений, охватывающих сотни рек по всей Норвегии и относящихся к началу 1930-х годов. Выращенный лосось составил примерно 8,5% от общего числа изображений по сравнению с диким лососем.

Исследователи обнаружили, что конвейер данных и модель могут быстро обрабатывать изображения и предоставлять прогнозы с соответствующими оценками достоверности. Модель показала себя исключительно хорошо и смогла отличить выращенного лосося от дикого лосося в большинстве лососевых рек Норвегии в период с 2009 по 2023 год с точностью 95%.