Flora cognita…? Rośliny w świecie algorytmów i botanicy ze smartfonami

Czy smartfony zastąpią wkrótce atlasy botaniczne? Czego możemy nauczyć się o otaczającej nas przyrodzie z telefonem w ręku? Jak robiąc zdjęcia chwastów pomagamy naukowcom? Na te właśnie pytania staraliśmy się odpowiedzieć w słoneczny październikowy weekend, eksplorując przestrzeń miejską Katowic w poszukiwaniu naszych dzikich i niepokornych roślinnych sąsiadów.

Dziko rosnąca miejska flora to fascynująca przestrzeń badawcza. Mówi nam wiele nie tylko o królestwie roślin, ich sposobach życia i mechanizmach przystosowawczych, ale także o nas samych. Wypychamy naszych nieludzkich współmieszkańców na peryferia i do rezerwatów miejskiej zieleni – do parków i na skwery, a oni mimo wszystko wracają i urządzają się od nowa w szczelinach chodników, na murach, poboczach dróg czy przy śmietnikach. Żeby się czegoś o nich dowiedzieć, możemy skorzystać z szeregu aplikacji mobilnych, które wydają się dziś rzucać poważne wyzwanie tradycyjnym bazom wiedzy botanicznej. Są wśród nich projekty komercyjne, ale są także ambitne, zakrojone na naprawdę dużą skalę, otwarte projekty naukowe, których współtwórcami stają się zwykli obywatele wyposażeni w smartfony.

Nauka obywatelska (citizen science), to zjawisko, które w ostatnich kilkunastu latach nabiera coraz większego znaczenia, szczególnie w obszarze nauk przyrodniczych i społecznych.

Jest to oddolny ruch, często powiązany jednak z instytucjami naukowymi, think tankami czy konsorcjami naukowymi, który ma na celu wytwarzanie wiedzy przez osoby niezwiązane zawodowo ze światem nauki. Większość inicjatyw tego typu ma również wartość samokształceniową (self-education), motywując uczestników do poznawania przyrody oraz własnego najbliższego otoczenia, a także dając im możliwość lepszego zrozumienia tego, na czym polegają badania naukowe.

Badacze z Laboratorium Ornitologii Uniwersytetu Cornella regularnie korzystają z danych zebranych przez osoby niebędące naukowcami. Zwracają oni uwagę na fakt, że nauka obywatelska umożliwia włączanie ludzi w proces zbierania dużych ilości danych z bardzo różnych miejsc na świecie w długich przedziałach czasowych, co daje możliwość dokładnego śledzenia zachodzących w przyrodzie zmian. Pomaga to w badaniu bardziej ogólnych zależności i wzorców, które mogą ujawniać się w perspektywie dekad po przeanalizowaniu odpowiednio dużej ilości danych z wielu geograficznie rozproszonych lokalizacji. Projekty oparte o wolontaryjne zbieranie i udostępnianie informacji obejmują zjawiska w skali kraju, kontynentu czy nawet całego globu. Zgromadzone dane można analizować w celu wyjaśnienia trendów populacyjnych, zmian zasięgu zjawisk czy zmian fenologicznych (występujących periodycznie). Ich wyniki publikowane są dziś w literaturze naukowej i wykorzystywane do podejmowania decyzji związanych z zarządzaniem określonymi obszarami.

Użytecznymi narzędziami wspomagającymi naukę obywatelską są także wspomniane na wstępie aplikacje do rozpoznawania roślin, które na swoich smartfonach instalują codziennie setki osób na całym świecie, najczęściej bez większej świadomości tego, do czego posłużą zebrane dane. Wśród najpopularniejszych można wymienić PlantSnap (> 10 mln pobrań w serwisie Google Play), PlantNet (> 10 mln), Flora Incognita (> 1 mln) czy INaturalist (> 1 mln). Korzystając z aplikacji rozpoznających rośliny, ich użytkownicy nie tylko nabywają wiedzę o lokalnych gatunkach roślin, ale generują także ogromne ilości danych czaso-przestrzennych, które wykorzystują później do swoich własnych celów twórcy tych narzędzi.

Większość aplikacji prosi użytkownika o udostępnienie lokalizacji, dzięki czemu rozpoznany i oznaczony gatunek zostaje automatycznie przypisany do określonego (bardzo precyzyjnie zdefiniowanego) stanowiska. Po zarejestrowaniu się w aplikacji możemy odnalezione rośliny dodawać do własnych kolekcji, a także mapować je w przestrzeni, tworząc historię odwiedzonych miejsc. W wielu narzędziach możliwe jest też tworzenie kolektywów poszukiwaczy roślin lub zespołów eksplorujących określony obszar. W ten sposób w 2020 roku w ramach Akademii Zielonej Ochoty w Warszawie, z pomocą aplikacji INaturalist, przeprowadzono badanie bioróżnorodności w bezpośrednim otoczeniu wierzby kruchej – wiekowego drzewa znajdującego się w Parku Arkadia.

Identyfikacja gatunków w większości aplikacji odbywa się za pomocą algorytmu automatycznego rozpoznawania obrazu, któremu możemy jednak nieco pomóc – na przykład dookreślając sfotografowaną część rośliny (kwiat, liść, cała roślina), jak to się dzieje we Flora Incognita, czy doprecyzowując obszar geograficzny, w którym poczyniliśmy naszą botaniczną obserwację, jak ma to miejsce w PlantNet. Po wyświetleniu wyników aplikacja kieruje zazwyczaj użytkownika do dodatkowych informacji o danej roślinie – może to być baza własna lub zewnętrzne źródło internetowe. Narzędzia wyświetlają także gatunki pokrewne, podają alternatywy lub procentowy stopień zbieżności wykonanego przez nas zdjęcia z tymi, które znajdują się w ich repozytoriach. To jednak użytkownik decyduje ostatecznie czy rozpoznanie dokonane przez aplikację jest trafne, i to on dodaje lub usuwa je ze swojego konta.

Intuicyjność i szybkość działania aplikacji do rozpoznawania roślin oraz ich często perswazyjne opisy (“PlantSnap potrafi aktualnie rozpoznać 90% wszystkich znanych gatunków roślin i drzew, które stanowią większość gatunków, jakie spotkasz w niemal każdym kraju na Ziemi!”) sprawiają wrażenie, iż mogą one już w najbliższej przyszłości zastąpić botaników. Czy już dziś możemy w pełni zaufać aplikacjom do identyfikacji roślin? Czy algorytmy rozpoznawania flory są wystarczająco dokładne? Co się dzieje ze zgromadzonymi przez nas obserwacjami? Gdzie trafiają i kto z nich korzysta?

Na te i wiele innych pytań, związanych z uczeniem się botaniki z telefonem w ręce, staraliśmy się odpowiedzieć podczas warsztatów Flora Cognita…? Roślinni sąsiedzi w epoce smartfonów, które odbyły się w Medialabie. Podczas warsztatów postawiliśmy sobie konkretny cel.

Chcieliśmy dowiedzieć się jak najwięcej o bardzo specyficznej florze Katowic, która została ukształtowana zarówno przez urbanizację, jak i rozwój przemysłu i górnictwa. W największym mieście aglomeracji śląskiej znajdujemy przede wszystkim dzikie gatunki synantropijne. Są to rośliny, które nauczyły się żyć w sąsiedztwie człowieka i rozwijać w niesprzyjających miejskich warunkach.
W słoneczny, mocno jesienny październikowy dzień, ruszyliśmy ze smartfonami w teren na poszukiwanie tych zwinnych i wytrzymałych organizmów. W tle roślinnych poszukiwań pozostawała jednak cały czas wątpliwość, czy wybrane aplikacje rzeczywiście okażą się efektywne i wystarczająco precyzyjne, i czy będą mogły konkurować z atlasami botanicznymi i tradycyjnymi kluczami do rozpoznawania roślin? Podczas warsztatów posłużyliśmy się trzema narzędziami: Flora Incognita, PlantNet i PlantSnap.  

Czy narzędzia te pomogły nam zrozumieć nasze otoczenie? Czy żeby się nimi posługiwać, musieliśmy jednak wyposażyć się w pewną wcześniejszą wiedzę? Komu pomogliśmy, karmiąc aplikacje naszymi zdjęciami? Należy zauważyć, że efektywność działania wybranych narzędzi okazała się relatywnie wysoka, choć zdarzały się też przypadki, w których poszczególne aplikacje dawały różne wyniki identyfikacji tej samej rośliny lub otrzymane odpowiedzi były niekonkluzywne. Bardziej skuteczne okazały się projekty w pewnym sensie lokalne – niemiecka Flora Incognita i francuski PlantNet, skoncentrowane na szacie roślinnej Europy Zachodniej i Centralnej, mniej zaś amerykański i rozwijany globalnie Plant Snap.

Trudno po kilku godzinach spędzonych na warsztatach wyciągnąć bardziej kompleksowe wnioski porównawcze co do skuteczności testowanych aplikacji. Wszyscy zgodziliśmy się jednak, że poziom zaufania, jaki możemy w nich pokładać, to poziom rozpoznania rodzaju, do którego należy dana roślina, nie natomiast konkretnej nazwy gatunkowej. Jako przykład możemy podać kwitnącą późnym latem i jesienią nawłoć (rodzaj: Solidago), której w Polsce mamy trzy gatunki: nawłoć pospolitą (Solidago virgaurea), nawłoć późną (Solidago gigantea) i nawłoć kanadyjską (Solidago canadensis). Dwa ostatnie gatunki są do siebie niezwykle podobne i bardzo łatwo tu o pomyłkę, zwłaszcza gdy aplikacja podpowiada obie możliwości i podaje zbliżony stopień prawdopodobieństwa.

Podobny problem dotyczy roślin, które obserwujemy przed lub po okresie wegetacyjnym i nie posiadają już one charakterystycznych kwiatów lub owoców. Wątpliwości pojawiają się też czasem, gdy fotografujemy chory lub zniszczony przez szkodniki okaz rośliny. W wielu wypadkach konieczne może okazać się wykonywanie serii różnych ujęć tej samej rośliny i kilkukrotne porównanie rezultatów albo sprawdzenie wyników zwróconych przez różne aplikacje. Korzystanie z tych narzędzi posiada więc pewien próg wejścia (wiedzy początkowej użytkownika), który jest niezbędny, by dokonać weryfikacji otrzymanych wyników. Mogą one jednak z powodzeniem nakierowywać nas na zawężony zbiór możliwych odpowiedzi (walor eliminacyjny), które warto następnie zweryfikować w oparciu o publikacje botaniczne.

Uczestnicy warsztatów wydawali się raczej pogodzeni z tym, że aplikacje pobrały ich dane lokalizacyjne oraz wzbogaciły swoje bazy o poczynione przez nich obserwacje. Gdy codziennie powierzamy nasze dane osobom i podmiotom trzecim, udzielenie dostępu do geolokalizacji czy obiektywu smartfona staje się standardową procedurą, którą rzadko poddajemy refleksji. W przypadku aplikacji do rozpoznawania roślin istotne wydaje mi się jednak podkreślenie ich nie do końca jednakowego statusu.

Flora Incognita to projekt rozwijany i stale monitorowany przez niemieckie środowisko naukowe (powstał na Uniwersytecie Technicznym w Ilmenau pod patronatem Instytut Maxa Plancka), PlantNet został zainicjowany przez francuską fundację Agropolis w celu wspierania badań naukowych nad bioróżnorodnością, natomiast PlantSnap to aplikacja komercyjna. Wybierając cyfrowe narzędzie do identyfikacji otaczającej nas flory warto więc sprawdzić, czy rzeczywiście bierzemy udział w projekcie citizen science czy raczej commercial research. Warto też ocenić, w jakim kierunku dany projekt będzie się rozwijał w przyszłości – czy wykorzystany zostanie do prowadzenia otwartych badań czy sprzedawania usług komercyjnych.


Pytania i odpowiedzi:
question: Czy za pomocą aplikacji komercyjnej można precyzyjniej identyfikować rośliny na terenie Katowic niż za pomocą aplikacji przygotowanej przez ośrodek naukowy?
answer: Nie.
question: Czy aplikacja Plant Snap pozwoliła identyfikować roślinność Katowic precyzyjniej niż pozostałe wykorzystane aplikacje?
answer: Nie.
question: Czy Flora Incognita to aplikacja przygotowana przez ośrodek naukowy?
answer: Tak.
question: Czy PlantNet to aplikacja przygotowana przez ośrodek naukowy?
answer: Tak.
question: Czy Plant Snap to aplikacja komercyjna?
answer: Tak.