Учёные ТГУ используют ИИ и микроскопию для оценки углеродного баланса сибирских экосистем

Новости проекта

На карбоновом полигоне Томского государственного университета стартовал проект по внедрению искусственного интеллекта и машинного обучения в экологический мониторинг. Новые методы помогут оценивать, сколько углерода леса, болота, луга и водные экосистемы поглощают из атмосферы и сколько выделяют обратно. Исследования проводятся при поддержке Минобрнауки России в рамках государственного задания.

Томская область подходит для такого исследования благодаря разнообразию природных ландшафтов, включая леса, луга и Васюганские болота. Эти экосистемы играют важную роль в углеродном цикле: они способны как накапливать углерод, так и высвобождать его в атмосферу. При этом традиционные точечные измерения не позволяют получить достаточно полную картину углеродного баланса обширных территорий Сибири.

Одно из ключевых направлений проекта — изучение устьичной проводимости растений. Устьица — микроскопические структуры на поверхности листьев, через которые происходит газообмен: растение поглощает углекислый газ и выделяет водяной пар. Анализ этих процессов помогает оценить интенсивность обмена углеродом между растительностью и атмосферой.

Как отмечает научный сотрудник НИИ биологии и биофизики ТГУ Юрий Колесниченко, искусственный интеллект позволяет анализировать параметры газообмена и точнее оценивать участие растений в углеродном цикле.

Для получения исходных данных исследователи используют конфокальный микроскоп Carl Zeiss LSM 780 NLO, который позволяет изучать строение отдельных устьиц. На основе полученных изображений специалисты обучают нейросеть распознавать характерные структуры и автоматизировать обработку данных.

По словам младшего научного сотрудника Центра биотестирования ТГУ Сергея Моргалёва, вручную анализировать тысячи микроскопических снимков трудоёмко, особенно если необходимо распространить результаты на большие территории. Автоматизация позволит обрабатывать значительные массивы данных и использовать их для оценки характеристик растительности на уровне целых экосистем.

Учёные подчёркивают, что разные типы растений — от болотных мхов до лесных деревьев и водной растительности — имеют собственные особенности газообмена. Поэтому для корректной оценки углеродного баланса необходимо учитывать их индивидуальные параметры, а не опираться на усреднённые показатели.

Результаты проекта помогут совершенствовать мониторинг природных поглотителей парниковых газов и повысить точность прогнозов изменений климата.