Ein Biber in Redding, Kalifornien. Redding Record Searchlight/Zuma
Diese Geschichte wurde ursprünglich von veröffentlicht Verdrahtet und wird hier als Teil der wiedergegeben Klimaschreibtisch Zusammenarbeit.
Zum ersten Mal In vier Jahrhunderten ist es gut, ein Biber zu sein. Lange Zeit wegen ihres Fells verfolgt und als Schädlinge verunglimpft, werden die dammbauenden Nagetiere heute von Wissenschaftlern als ökologische Retter gefeiert. Ihre Teiche und Feuchtgebiete speichern Wasser trotz Dürre, filtern Schadstoffe heraus, bieten Lebensraum für gefährdete Arten und bekämpfen Waldbrände. In Kalifornien, Castor canadensis ist so wertvoll, dass der Staat kürzlich Millionen für seine Restaurierung bereitgestellt hat.
Obwohl die Vorteile des Bibers unbestreitbar sind, weist unser Wissen weiterhin Lücken auf. Wir wissen nicht, wie viele es da draußen gibt, in welche Richtung sich ihre Populationen entwickeln oder welche Wassereinzugsgebiete am dringendsten eine Biberinfusion benötigen. Nur wenige Staaten haben sie systematisch untersucht; Darüber hinaus liegen viele Biberteiche in abgelegenen Bächen weit entfernt von menschlichen Siedlungen, wo es nahezu unmöglich ist, sie zu zählen. „Es gibt so viel, was wir über Biber nicht verstehen, zum Teil weil wir nicht wissen, wo sie sich aufhalten“, sagt Emily Fairfax, Biberforscherin an der University of Minnesota.
Aber das beginnt sich zu ändern. In den letzten Jahren hat ein Team aus Biberwissenschaftlern und Google-Ingenieuren einem Algorithmus beigebracht, die Infrastruktur der Nagetiere auf Satellitenbildern zu erkennen. Ihre Schöpfung hat das Potenzial, unser Verständnis dieser paddelschwänzigen Ingenieure zu verändern – und klimagestressten Staaten wie Kalifornien bei ihrem Comeback zu helfen. Und obwohl das Modell noch nicht an die Öffentlichkeit gelangt ist, schimpfen Forscher bereits über sein Potenzial. „Alle unsere Bemühungen im Staat sollten sich dieses leistungsstarke Kartierungstool zunutze machen“, sagt Kristen Wilson, leitende Forstwissenschaftlerin bei der Naturschutzorganisation Nature Conservancy. “Es ist wirklich aufregend.”
Das Beaver-Mapping-Modell ist die Idee von Eddie Corwin, einem ehemaligen Mitglied der Google-Gruppe für Immobiliennachhaltigkeit. Etwa im Jahr 2018 begann Corwin darüber nachzudenken, wie sein Unternehmen besser mit Wasser umgehen könnte, insbesondere mit den vielen Küstenbächen, die an seinen Büros in der Bay Area vorbeiführen. Im Laufe seiner Recherchen las Corwin Wasser: Eine Naturgeschichte, von einer Autorin mit dem treffenden Namen Alice Outwater. Ein Kapitel befasste sich mit Bibern, deren üppige Feuchtgebiete, wie Outwater schrieb, „Millionen Gallonen Wasser aufnehmen können“ und „Überschwemmungen und Erosion flussabwärts reduzieren“. Corwin war fasziniert, verschlang andere Bücher und Artikel über Biber und begann bald, seinen Freund Dan Ackerstein, einen Nachhaltigkeitsberater, der mit Google zusammenarbeitet, zu missionieren. „Wir haben uns beide in Biber verliebt“, sagt Corwin.
Corwins Biber-Besessenheit traf auf eine aufgeschlossene Unternehmenskultur. Die Mitarbeiter von Google werden bekanntermaßen dazu ermutigt, Zeit für Leidenschaftsprojekte zu verwenden, die Richtlinie, die Gmail hervorgebracht hat; Corwin entschied, dass seine Leidenschaft den Bibern galt. Doch wie kann man den hartgesottenen Architekten am besten helfen? Corwin wusste, dass die Infrastruktur der Biber – ihre gewundenen Dämme, weitläufigen Teiche und Spinnenkanäle – oft so episch ist, dass man sie vom Weltraum aus sehen kann. Im Jahr 2010 entdeckte ein kanadischer Forscher bei der Durchsicht von Google Earth den längsten Biberdamm der Welt, ein Bollwerk aus Stock und Schlamm, das sich mehr als eine halbe Meile über einen Park in Alberta erstreckt. Corwin und Ackerstein begannen sich zu fragen, ob sie einen Beitrag zur Biberforschung leisten könnten, indem sie einen maschinellen Lernalgorithmus trainieren, um Biberdämme und -teiche auf Satellitenbildern automatisch zu erkennen – nicht einen nach dem anderen, sondern Tausende auf einmal auf der Oberfläche eines ganzen Staates.
Nachdem Corwin und Ackerstein das Konzept mit den Ingenieuren und Programmierern von Google besprochen hatten, kamen sie zu dem Schluss, dass es technisch machbar sei. Sie wandten sich an Fairfax, das durch eine bahnbrechende Studie aus dem Jahr 2020 bekannt geworden war, die zeigte, dass Biberteiche feuchte, feuersichere Zufluchtsorte bieten, in denen andere Arten bei Waldbränden Schutz finden können. In einigen Fällen, so stellte Fairfax fest, konnten Biber-Feuchtgebiete sogar Brände im Keim ersticken. Die Tiere waren so talentierte Feuerwehrleute, dass sie halb im Scherz vorgeschlagen hatte, dass der US-Forstdienst sein Säugetiermaskottchen ändern solle: Lebe wohl, Smoky Bear, und hallo, Smoky Beaver.
Fairfax war von der Idee der Teichkartierung begeistert. Sie und ihre Schüler nutzten bereits Google Earth, um Biberdämme in verbrannten Gebieten zu finden und zu untersuchen. Aber es war ein mühsamer Prozess, der endlose Stunden der Verfolgung alpiner Bäche über Bildschirme erforderte, um nach der knolligen Signatur eines Biberteichs zu suchen. Ein automatisiertes Tool zur Bibersuche könnte „die Zahl der Brände, die ich analysieren kann, um eine Größenordnung erhöhen“, sagt sie.
Mit dem Segen von Fairfax machten sich Corwin, Ackerstein und ein Team von Programmierern an die Erstellung ihres Modells. Sie entschieden, dass die Aufgabe am besten für ein Faltungs-Neuronales Netzwerk geeignet sei, eine Art Algorithmus, der im Wesentlichen herauszufinden versucht, ob ein bestimmter Teil der Geodaten ein bestimmtes Objekt enthält – ob ein Abschnitt eines Gebirgsbachs beispielsweise einen Biberdamm enthält. Fairfax und einige hilfsbereite Biberologen der Utah State University übermittelten Tausende von Koordinaten für bestätigte Dämme, Teiche und Kanäle, die die Google-Mitarbeiter mit ihren eigenen hochauflösenden Bildern abglichen, um dem Modell beizubringen, das charakteristische Erscheinungsbild von Biberwerken zu erkennen. Das Team fütterte den Algorithmus auch mit negativen Daten – Bildern von biberlosen Bächen und Feuchtgebieten –, damit er wusste, was es war war nicht Auf der Suche nach. Sie nannten ihr Modell Earth Engine Automated Geospatial Elements Recognition oder EEAGER – ja, wie in „eifriger Biber“.
Es war nicht einfach, EEAGER bei der Suche nach Biberteichen zu trainieren. Der amerikanische Westen war voll von von Menschenhand geschaffenen Merkmalen, die praktisch darauf ausgelegt zu sein schienen, ein bibersüchtiges Modell zu täuschen. Kurvenreiche Straßen erinnerten EEAGER an gewundene Dämme; Die Ränder von künstlichen Stauseen wurden als von Bibern angelegte Teiche registriert. Am verwirrendsten waren seltsamerweise die Sackgassen in der Nachbarschaft, deren Asphaltkreise, umgeben von grauen Gehwegstreifen, eine unheimliche Ähnlichkeit mit einem von einem Damm gesäumten Biberteich aufwiesen. „Ich glaube nicht, dass irgendjemand damit gerechnet hat, dass es in den Vorstädten Amerikas so viele gibt, wie ein Computer sie für Biberdämme halten würde“, sagt Ackerstein.
Je mehr Daten die Forscher in EEAGER pumpten, desto besser konnte es Biberteiche von Betrügern unterscheiden. Im Mai 2023 veröffentlichte das Google-Team zusammen mit den Biberforschern Fairfax, Joe Wheaton und Wally Macfarlane einen Artikel im Zeitschrift für geophysikalische Forschung Biogeowissenschaften Demonstration der Wirksamkeit des Modells. Die Gruppe versorgte EEAGER mit mehr als 13.000 Landschaftsbildern mit Biberdämmen aus sieben westlichen Bundesstaaten sowie rund 56.000 Standorten ohne Damm. Das Modell kategorisierte die Landschaft in 98,5 Prozent der Fälle genau – mit oder ohne Biberstau.
Laut Fairfax gibt es für EEAGER viele Anwendungsfälle. Das Modell könnte verwendet werden, um die Biberzahlen abzuschätzen, Populationstrends zu überwachen und vom Biber bereitgestellte Ökosystemleistungen wie Wasserspeicherung und Brandschutz zu berechnen. Es könnte Staaten dabei helfen, herauszufinden, wo sie Biber wieder ansiedeln, wo sie die Wiederherstellung von Bächen und Feuchtgebieten anstreben und wo sie Naturschutzgebiete schaffen können. Es könnte Forschern ermöglichen, die Ausbreitung der Biber in der Arktis zu verfolgen, während die Nagetiere mit dem Klimawandel nach Norden ziehen; oder ihre Bewegungen in Südamerika, wo Biber in den 1940er Jahren eingeführt wurden und sich seitdem vermehrt haben. „Wir können buchstäblich nicht alle Anfragen bearbeiten, die wir bekommen“, sagt Fairfax, der als wissenschaftlicher Berater von EEAGER fungiert.
Die vielversprechendste Anwendung des Algorithmus könnte in Kalifornien liegen. Der Golden State hat ein schwieriges Verhältnis zu Bibern: Jahrzehntelang bestritt der Staat generell, dass die Art heimisch sei, das Nebenprodukt eines industriellen Pelzhandels, der die Biber an der Westküste vernichtete, bevor Biologen sie ordnungsgemäß untersuchen konnten. Obwohl neuere historische Forschungen gezeigt haben, dass Biber praktisch überall in Kalifornien vorkommen, empfinden viele Wassermanager und Landwirte sie immer noch als lästig und lassen sie häufig töten, weil sie Straßendurchlässe verstopfen und in die Bewässerungsinfrastruktur eingreifen.
Doch diese tief verwurzelten Einstellungen ändern sich. Schließlich ist kein Staat dringender auf die Wasserspeicherung der Biber angewiesen als das leicht entzündliche, von Dürre geplagte und überschwemmungsgefährdete Kalifornien. Dank der unermüdlichen Lobbyarbeit einer Kampagne namens „Bring Back the Beaver“ hat das kalifornische Ministerium für Fisch und Wildtiere in den letzten Jahren damit begonnen, seine veralteten Biberrichtlinien zu überarbeiten. Im Jahr 2022 stellte der Staat mehr als 1,5 Millionen US-Dollar für die Wiederherstellung der Biber bereit und kündigte an, fünf Wissenschaftler einzustellen, um die Nagetiere zu untersuchen und zu unterstützen. Sie überarbeitete außerdem ihre offizielle Herangehensweise an Biberkonflikte, um der Koexistenz Vorrang vor dem tödlichen Fang zu geben. Und in diesem Herbst siedelte die Wildschutzbehörde eine siebenköpfige Biberfamilie auf das angestammte Land des Mountain-Maidu-Volkes um – die erste Biberfreilassung des Staates seit fast 75 Jahren.
Daher ist es nur angemessen, dass EEAGER in Kalifornien seinen ersten großen Test durchführen wird. Die Nature Conservancy und Google planen, das Modell irgendwann im Jahr 2024 im gesamten Bundesstaat einzusetzen, eine umfassende Suche nach jedem letzten Biberdamm und Teich. Das sollte dem Wildschutzamt des Staates einen guten Überblick darüber geben, wo seine Biber leben, wie viele es ungefähr gibt und wo es mehr gebrauchen könnte. Das Modell wird Kalifornien außerdem solide Basisdaten liefern, mit denen es künftige Populationen vergleichen kann, um zu sehen, ob seine neuen Richtlinien zur Genesung der Biber beitragen. „Wenn Sie Bilder haben, die sich häufig wiederholen, haben Sie die Möglichkeit, Veränderungen im Laufe der Zeit zu verstehen“, sagt Kristen Wilson von der Conservancy.