KI-Modell für aquatische Biodiversität

ProAqua gibt Aufschluss über aquatisches Leben

Plankton und organische Partikel binden Kohlenstoff aus der Atmosphäre. Sie transportieren ihn von der Wasseroberfläche bis in die Tiefsee. Damit hängt das Klima auf der Erde maßgeblich vom Leben im Wasser ab. Wie viele dieser mikroskopisch kleinen Lebewesen es weltweit gibt, wie sie verteilt sind und wie sich dies mit dem Klimawandel verändert, soll nun im Projekt AqQua erfasst werden. Dafür werten die Forschenden Milliarden von Bildern aus.

von hereon/Redaktion erschienen am 04.11.2024

Mikrokosmos im Ozean: Bilder von Plankton, aufgenommen mit einer Unterwasser-Kamera im Nordatlantik. © Hereon/Klas Ove Möller

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Um einschätzen zu können, welche Rolle das aquatische Leben für die Klimaregulation und die menschliche Ernährung spielt, ist ein präzises Monitoring nötig. Bislang wird aquatisches Leben mit Bildgebungstechniken beobachtet. Diese Daten liefern Informationen über die Biodiversität und die Funktionsweise von Nahrungsnetzen und Ökosystemen bis in die Tiefsee. Allerdings sind derartige Informationen noch nicht auf globaler Ebene vergleichbar und es mangelt an Trainingsbildern. Eine allumfassende Analyse war deshalb bislang nicht möglich.

AqQua soll diese Lücke füllen. Der Name steht für „The Aquatic Life Foundation: Quantifying Life at Scale in a Changing World“. Im Zuge des Projekts werden Milliarden von Bildern zusammengeführt um mithilfe von Hochleistungsrechnern das erste grundlegende KI-Modell, ein sogenanntes Foundation Model, für die pelagische Bildgebung zu trainieren. Die pelagische Bildgebung ist eine Methode zur Erfassung von Bildern und Daten im gesamten Wasserkörper aller aquatischer Lebensräume – in den Ozeanen wie im Süßwasser. Foundation Models sind eine neue Generation von KI-Modellen mit einer breiten Wissensbasis. Sie sind deutlich leistungsstärker und flexibler als herkömmliche KI-Modelle und bergen somit ein enormes Potenzial für die moderne, datengetriebene Wissenschaft. Sie sind in der Lage, komplexe Forschungsfragen zu beantworten. Um das Foundation Model AqQua aufbauen zu können, erhält das Projektteam eine Förderung von der Helmholtz Foundation Model Initiative.

Dr. Klas Ove Möller, der das Projekt am Helmholtz-Zentrum Hereon koordiniert, erklärt: „In der ersten Phase wird das Modell für die Klassifizierung der Arten, ihre Eigenschaften und die genaue Bestimmung des organischen Kohlenstoffs optimiert. In den folgenden Schritten werden wir tiefer eintauchen und zusätzliche Merkmale, sogenannte Traits, aus den Bildern extrahieren. Jedes einzelne Bild kann eine Fülle von Informationen enthalten. Dies wird zu einem grundlegenden Verständnis in Zeiten des globalen Wandels führen und darüber hinaus helfen, verbesserte Kohlenstoffbudgets zu erfassen und neue ozeanbasierte Technologien zur CO₂-Speicherung zu evaluieren“.