说到物种保护，大家第一时间可能会想到那些萌萌的动物，比如大熊猫、东北虎或者非洲的犀牛。这些动物之所以引起大家的关注，除了它们本身的“魅力”，还有一个原因就是它们处在“濒危”名单上，生死存亡都可能在我们这一代人的手中。

但说实话，保护物种这件事，远远不止是几个“明星”动物的事。很多普通的、甚至人们都不知道的物种，也在默默承受着栖息地丧失、气候变化、环境污染的威胁，结果就是，物种灭绝的速度比我们想象的要快得多！

那么问题来了，我们能做点什么呢？是继续通过传统的保护方式？还是借助科技，使用一些新的手段和方法呢？其实，答案或可在一种叫“CAPTAIN”的新型工具里管窥蠡测一番。由于近日，“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编近日在为即将到来的第二十届国际基因组学大会（ICG-20）做准备，研究文献时，发现了2022年发表的一篇颇有价值的论文，提到了这种工具。它是用来帮助我们更高效地保护物种的，而且还是通过智能化的方式来完成的。为助力全球环境治理、并供我国学者了解保护生物学的最新研究动态信息，撰写此文，供感兴趣的读者们参阅。

上图：豚足袋狸（Chaeropus ecaudatus）是一种已经灭绝的澳大利亚特有哺乳动物，属于袋狸科。它以其独特的外形而闻名，具有类似于猪的脚和强壮的后肢，适应了在澳大利亚干旱地区的生活环境。曾广泛分布于澳大利亚的内陆地区，主要以草本植物为食。尽管在20世纪初曾有零星记录，但最终它在20世纪30年代消失，被认为是彻底灭绝。豚足袋狸的灭绝是澳大利亚原生物种在殖民化过程中遭遇巨大挑战的一个象征。照片由Vassil拍摄于2013年，现收藏于巴黎自然历史博物馆。（CC BY-SA 1.0）

保护物种，光靠人力难以撑起

首先，我们得搞清楚，为什么保护物种这么难。

实际上，物种保护不只是放几个动物在动物园里那么简单，也不是种几棵树就能搞定的事。物种的栖息地一旦受到破坏，像森林被砍伐、湿地被填埋，或者气候变化改变了它们原本适应的环境，它们就可能无法生存下去。所以，要保护这些物种，我们必须要了解它们的生活环境、种群数量、分布范围等信息。可是，监测这些数据并不是一件容易的事。

想象一下，如果你要在广袤的自然保护区里，去逐一查看每种物种的分布和数量，恐怕累死都数不过来——这可不是一两个人的力量能做到的！就算是我们有一支庞大的科研队伍和资金支持，这项工作也会因为人力、物力、时间的限制，无法做到全面覆盖。而且，传统的监测方法大多数只能告诉我们在某个时刻，某个物种的位置和数量，信息缺乏时效性和准确性。

所以说，传统的物种保护方法，总是面临着预算不足、数据不全、保护效果差等问题。为了更好地解决这些问题，科学家们开始动脑筋，利用现代的科技，尤其是人工智能和大数据技术来帮助我们。

CAPTAIN：用人工智能来帮忙保护物种

这时候，CAPTAIN（“Conservation Areas in a Planning and Adaptive Time-Indexed Network”）这个新工具登场了。CAPTAIN并不是一个真人，而是一个智能化的软件，是来自瑞士弗里堡大学生物系的丹尼尔·西尔维斯特罗（Daniele Silvestro）领导的研究团队在2022年提出的一种新的方法。它通过模拟和优化算法，来帮助科学家设计更加精准、更加高效的物种保护策略。

图源：Silvestro, D., Goria, S., Sterner, T. et al (2022)

这张图是一个模拟系统的分析流程，系统中包含多个格子，每个格子里有不同物种的个体。图中a部分呈现了一个模拟系统的例子，该系统可能代表一个国家、一座岛屿或一个大型珊瑚礁。每个保护单元一旦被识别并保护，人的干扰（如森林砍伐或海洋拖网捕鱼）会立刻减少到非常低的水平，除了因“边缘效应”而导致的中等干扰水平。系统在时间的推移中不断演化，用来优化保护政策。经过训练，优化后的政策可以基于模拟数据或实地数据评估模型的表现。b和c部分展示了系统演化与模拟和人工智能模块的结合流程，旨在最大化物种多样性等目标。系统在不同时间点之间演变，考虑了物种丰富度、种群密度、经济价值、系统干扰等多个变量。数据从系统中定期提取，并输入到神经网络中，神经网络通过学习这些变化，识别出能够最大化保护物种多样性的最佳保护策略。图源：Silvestro, D., Goria, S., Sterner, T. et al (2022)

简单来说，CAPTAIN能做的事就是，在有限的资源和预算下，它能够告诉我们，哪些地方是最值得保护的，保护这些地方又能最大限度地减少物种的灭绝风险。为什么说它“聪明”？因为CAPTAIN并不是静态地给你一个固定的保护方案，而是会随着时间变化、气候变化和物种数量的变化，实时调整保护策略。就像一个智能导航系统，随着路况的变化，它会给出最优的行车路线。

CAPTAIN的工作原理其实很简单，它通过强化学习算法，模仿大自然的生存竞争机制，根据每个物种的需求、栖息地的特点，以及预算的限制，来优化保护区域。这样，它就能帮我们找出最合适的保护地，不仅能保护大面积的生态区域，还能照顾到更多的物种，而不是仅仅关注那些“明星”物种。

在金沙江畔的白马雪山滇金丝猴国家公园，拍摄了6个种群并观察它们的行为。©黄成德 摄 |“海洋与湿地”（图文无关）

为啥监测这么重要？

因为数据是“自然保护的眼睛”

当然，CAPTAIN能发挥作用，得益于研究人员能够获得一些准确的数据。

这里就得聊聊监测这个话题了。在CAPTAIN的框架下，监测是至关重要的。没有数据支持，任何保护决策都像是盲人摸象，不可能做出准确的判断。

CAPTAIN依赖的是一种叫“周期性监测”的方式。简单来说，就是每隔一段时间，就对所有物种进行一次数据采集，了解它们的数量、位置、生态环境等。这种方法就像是给保护计划装上了一双“慧眼”，让我们能够时刻了解自然界的变化，从而及时调整保护策略。

不过，传统的周期性监测非常费钱费人。要做到全面监测，几乎需要几百人同时进行实地调查。可是，随着科技的发展，新的方案开始涌现，那就是市民科学。市民科学是什么意思呢？就是邀请普通的市民参与到数据采集的过程中。你可能会想，普通人参与监测，能行吗？事实上，很多科研项目已经证明，市民科学的效果不输给专业人员。尤其是在一些普及程度高的物种监测中，市民科学不仅能够大幅降低监测成本，还能扩展监测的范围，甚至可能得到比专业团队更多的数据。这也是CAPTAIN的一大亮点，它支持市民科学参与，使得物种监测更加高效、广泛。

圣诞岛小蝙蝠 (Pipistrellus murrayi) 是一种曾经栖息在澳大利亚圣诞岛的蝙蝠物种。根据IUCN红色名录的最新评估，该物种已被列为灭绝（2016年评定）。圣诞岛小蝙蝠是一种小型的蝙蝠，主要以昆虫为食，曾在圣诞岛的热带森林中广泛分布。但由于栖息地的丧失、外来捕食者的引入以及其他环境因素的影响，这一物种的数量急剧下降，最终未能成功避免灭绝。圣诞岛小蝙蝠的消失标志着该地区生物多样性的重大损失，也突显了保护措施不足和生态失衡带来的严峻挑战。©Lindy Lumsden 图片来源：IUCN Redlist

说到底，其实，理想的保护策略还是——多维度综合优化。

除了精准的监测，CAPTAIN还通过综合的优化策略，帮助我们设计出更好的保护方案。毕竟，保护物种不仅仅是保护“个体”，而是要考虑整个生态系统的平衡。如果只关注某几种珍稀物种，忽略了生态多样性，那就可能导致保护效果大打折扣。CAPTAIN的一个大优势就是，它能够根据物种的多样性、生态关系以及经济价值等多个维度来调整保护优先级。

举个例子，假如我们把物种的经济价值作为唯一的保护标准，那么我们可能就会选择那些像大象、犀牛这样“有钱途”的物种来保护。但如果忽视了其他物种，可能会破坏生态系统的整体平衡，导致连锁反应，最终无法保护整个生态链。而CAPTAIN会通过优化算法，把这些因素综合考虑，确保既能保护有经济价值的物种，也能兼顾整个生态系统的健康。

白鱀豚。世界上存活头数最少的一种淡水豚，是鲸类家族中小个体成员，是中新世及上新世延存至今的古老孑遗生物。上图是白鱀豚淇淇。摄影：王敏幹（John MK Wong），1998年摄于武汉 | 绿会融媒·“海洋与湿地”（OceanWetlands）

CAPTAIN vs 传统Marxan

工具PK：谁更优秀？

CAPTAIN的效果已经得到了充分的验证。在与传统的保护工具——Marxan的对比中，CAPTAIN表现出了明显的优势。

Marxan是目前用得最广泛的一个保护工具，它通过计算多个保护目标之间的权衡，帮助决策者选择最适合的保护区域。但是，Marxan的算法通常只会基于一组静态的数据来做决策，也就是说，它做出的保护决策是“单一”的，不能随着时间变化进行灵活调整。而CAPTAIN则不同，它的优化过程是动态的，可以随时调整保护策略，确保随着物种的变化和环境的变化，保护措施也能跟得上。

在一些实际应用中，CAPTAIN的表现远超Marxan。比如说，在马达加斯加的一个物种保护项目中，CAPTAIN能够在预算有限的情况下，保护到更多物种的潜在栖息地，而Marxan的效果则差强人意。CAPTAIN不仅能够保护更多的物种，还能在更细致的空间尺度上做出保护决策，使得保护策略更具实用性和可操作性。

通过CAPTAIN，我们看到了科技和自然保护的深度融合，也看到了人工智能在生态保护中的巨大潜力。估计在未来，随着技术的不断发展，像CAPTAIN这样的工具将会更加普及，并在全球范围内发挥重要作用。但值得注意的是，技术再强大，也无法替代人类的努力。保护物种不仅仅是依靠技术，更多的是需要政府、科学家和普通大众的共同参与和支持。

当然了，保护物种是一项长期而艰巨的任务，肯定是很难一蹴而就的。就像如今你经常在各种媒体上看到各种“好消息”（搞得人经常有一种错误的成就感），但是被忽略的大背景却是——近年来生物多样性急剧丧失的趋势，并未有丝毫的减缓。或许，像CAPTAIN这样的科技工具，或许能耐在这场生物多样性保护的战斗中，发挥一份重要的作用。

感兴趣的“海洋与湿地”（OceanWetlands）读者可以参看全文：

Silvestro, D., Goria, S., Sterner, T. et al. Improving biodiversity protection through artificial intelligence. Nat Sustain 5, 415–424 (2022). https://doi.org/10.1038/s41893-022-00851-6

【思考题】学而时习之

Q1、在生物多样性保护的决策中，如何平衡“明星物种”与“冷门物种”的保护资源分配？如果保护重点过于偏向公众喜爱的物种，像蝙蝠这种在许多文化中被误解的小型物种是否会成为保护策略中的“遗忘角落”？我们能否通过优化保护策略来确保这些低调物种的重要性被重新评估，从而避免它们的潜在灭绝？

蝙蝠常常被忽视，但它们在维持生态系统健康中扮演着至关重要的角色。如何通过创新的监测和优化工具，如CAPTAIN，确保这些“幕后英雄”物种也能在保护政策中得到应有的关注？这些工具，是否能够精准捕捉到蝙蝠等不为人知物种的生存需求，而不单单是为了保护“吸引眼球”的物种？

Q2、在使用AI进行物种保护时，如何避免“数据偏倚”对保护决策的影响？例如，某些物种的监测数据可能比其他物种更充足，这样的偏差是否会导致资源分配的不公平，甚至可能加剧生态系统的失衡？

Q3、现有的优化算法，如CAPTAIN，是否足够考虑到生物多样性保护中的长期生态服务功能（如生态系统稳定性、物种间相互作用等），还是它们过于侧重短期内的物种保护效果？如何让保护策略更符合生态学的长期视角，而不仅仅是为了“眼前”的物种生存？

（注：本文仅代表资讯。不代表平台观点。欢迎留言、讨论。）

资讯源 | Silvestro, Daniele, et al.(2022)

编译 | 王芊佳

编辑 | LindaWong

排版 | 绿叶

【引用本文】

王芊佳.不只是大熊猫！如何通过科技保护更多濒危物种？.海洋与湿地.2025-02-12

【参考资料】

Improving biodiversity protection through artificial intelligence

https://www.nature.com/articles/s41893-022-00851-6