Prírodou inšpirované algoritmy

Aplikácie DesktopGarp

Aplikácie

Aplikačný potenciál DesktopGARP je veľmi široký a jeho použitie môže byť signfikantným prínosom pre výskum biodiverzity druhov, avšak je limitovaný možnosťou dostupných informácií pre výskyty daných druhov. Hoci sa v tomto smere vyvíja enormná inciatíva, zozbieranie dát z množstva múzeí a centier s inkompatibilnými dátovými formátmy nie je jednoduché.

K najvýznamnejším aplikačným oblastiam DesktopGarp patria:

• výskum a simulácia rozšírenia rastlín, živočíchov, novovznikajúcich chorôb, invazívnych rastlínych alebo živočíšnych druhov a ich efekt na prírodné zdroje, poľnohospodárstvo a ľudskú populáciu
• modelovanie a predikcia dôsledkov lokálnych, regionálnych a globálnych klimatických zmien na rastlinné a živočišne druhy
• identifikácia priorít pri určovaní lokalít pre konzerváciu biodiverzity
• výskum a mapovanie biodiverzity a efektov zmien tepoloty, množstva zrážok atď. na rozšírenie živočíšnych a rastlínnych druhov

Predikcia rozšírenia chorôb.

Predikcia a modelovanie výskytu druhov v prostredí môže pomôcť pochopiť epidemiologický vzťah distribúcie nositeľa a hostiteľa pri novovznikajúcich chorobách. Za predpokladu, že parazitické bakteriálne kmene sú úzko viazané na rastlinné alebo živočíšne druhy, ktoré služia ako prenášači, modelovaním distribúcie daného rastlinného alebo živočíšneho druhu je možné identifikovať rizikové miesta nákazy a bezpochyby pomôže pri pochopení cyklu ktorý ma za následok dané ochorenie.

Centrá pre výskum kontroly a prevencie chorôb v Atlante a Mexiku spolu s Autonómnou národnou univerzitou v Mexiku a Národným múzeom histórie v Atlante spravili výskum v ktorom sledovali vzťah distribúcie druhov radu Triatominae a Neotoma na prenos choroby Changas. Táto choroba je spôsobená parazitickou baktériou Trypanosoma cruzi a je prenášaná hmyzom v triede Reduviidae rada Triatominae ako aj potkanmi rady Neotoma. Nie je známy bližší vzťah a dôvod ani ostatné potencionálne druhy ale vznik choroby sa viaže na interakciu týchto dvoch tried (Ryckman). Choroba Chagas spôsobila epidemiu ktorá ovplyvnila 16-18 miliónov ľudí v Amerike. V oblastiach kde je možné prepuknutie epidémie žije v súčasnosti vyše 100 milionov ľudí. Konkrétne druhy rady Triatominae ( T.peninsularis, T.sinaloensis, T.neotomae atď) sa vyskytujú výlučne na juhozápade Spojených štátov amerických a Mexika. Použitím GARP bol namodelovaný vzťah triedy Triatominae a jej radov na prenos choroby Changas. Vstupom do algoritmu GARP bolo 11 rôznych parametrov prostredia ako napríklad oblačnosť, minimálna maximálna a priemerná teplota, tlak, rýchlosť vetra, nadmorská výška atď spolu s výskytom daných druhov, ktoré vzhľadom k limitovaným dátam boli k dispozícii len pre oblasť Mexika. Predikcia výskytu pre jednotlivé druhy je uvedená na obrázku:

Na základe predikcie sa dospelo k veľmi podobným výsledkom aké dostal Ryckman použitím klasických metód a teda, že interakcia medzi druhmy radu Triatoma a Neotoma má implikácie na geografickej úrovni t.z. že druhy radu Triatoma sú veľmi úzko viazané na konkrétne druhy radu Neotoma a nedochádza k ich interakcii len náhodne. Najzaujímavejším príkladom je T.barberi ktorú je možné pozorovať v miestach kde žijú ľudia a teda je potenciálne najlepším kandidátom pre prenos choroby. Predikciu distribúcie T.barberi je možné vidieť na obrázku.

Predikcia vplyvu klimatických zmien.

Globálne klimatické podmienky sa rapídne menia a majú často veľmi ťažko predvídateľné následky. Biodiverzita druhov a klimatické zmeny sú veľmi úzko spjaté, napriek tomu vieme len veľmi málo o konkrétnych mechanizmoch a princípoch na základe ktorých dochádza k reakcií rastlínnych a živočíšnych druhov na zmeny klimatických podmienok. Je to dané jednak nedostupnosťou potrebných informácií výskytov a ich zmien a jednak nástrojmi ktoré by tento vývoj dokázali modelovať.

Globálne klimatické podmienky sa rapídne menia a majú často veľmi ťažko predvídateľné následky. Biodiverzita druhov a klimatické zmeny sú veľmi úzko spjaté, napriek tomu vieme len veľmi málo o konkrétnych mechanizmoch a princípoch na základe ktorých dochádza k reakcií rastlínnych a živočíšnych druhov na zmeny klimatických podmienok. Je to dané jednak nedostupnosťou potrebných informácií výskytov a ich zmien a jednak nástrojmi ktoré by tento vývoj dokázali modelovať.

Zachovanie biodiverzity.

Mexiko patrí ku krajinám z mimoriadne bohatou biodiverzitou (je jednou z megadiverzitných krajín). Je to spôsobené umiestnením medzi dvoma biogeografickými regiónmi, nearktickým a neotropikálnym. Komplexná topografia a geologická história ma za následok širokú škálu ekologických podmienok a prostredí s izolovanými populáciami druhov. S rastúcim trendom vytvárania národných parkov a kontrolovania biodiverzity prostredia rastie tlak na čo možno najlepší výber lokalít. Jedným z experimentov, pri ktorom bol použitý algoritmus GARP je štúdia výskytu viac ako 40 chránených druhov vtákov v Mexiku a jej porovnanie s lokalitami parkov a chránených oblastí. Dáta výskytov boli získané zo štyridsiatich rôznych kolekcíí v Mexiku, Spojených Štátoch, Kanade a Európe, ktoré mali všetky svoj vlastný špecifický formát, ale zväčša taktiež poskytovali rôzne výskyty pre rovnaké oblasti. Výsledkom tejto štúdie je napríklad distribúcia Cairina moschata (kačka) v porovnaní s lokalitami parkov a chranených oblastí uvedená na obrazku.