Оценка качества наблюдений растений рода Rosa (Rosaceae) на iNaturalist и практические рекомендации для наблюдателей на примере некоторых регионов России
А.А. Хапугин,
М.А. Сенчугова
Аннотация
Качество данных о биологическом разнообразии играет большую роль в понимании действительного распространения организмов. Это особенно важно для таксономических групп, сложных для идентификации. В настоящей работе мы оценили точность идентификации наблюдений представителей рода Rosa (Rosaceae), размещенных на онлайн-платформе iNaturalist. Для этого были проверены все наблюдения Rosa, сделанные в июле и августе 2021-2022 гг. и загруженные на платформу iNaturalist до 13.12.2022 г. с территорий семи регионов центра Европейской России (Костромская, Нижегородская, Тамбовская, Тульская области, Республика Мордовия, Республика Татарстан, Чувашская Республика) и двух регионов Зауралья (Тюменская и Курганская области). Из общего числа видов были выделены пять хорошо идентифицируемых видов Rosa (R. acicularis, R glauca, R. rugosa, R spinosissima, R villosa), при определении которых, как правило, не возникает проблем ни у экспертов платформы iNaturalist, ни у искусственного интеллекта на этом ресурсе. Эти виды были исключены из финального анализа. Полученные результаты показали, что в восьми из девяти регионов России 62.7±11.3% наблюдений Rosa невозможно определить до видового уровня ввиду недостатка признаков, представленных на фотографиях этих наблюдений. Лишь для Тюменской области отмечена относительно высокая доля наблюдений (69.4%), которые могут быть определены до видового уровня. Это свидетельствует о высокой доле осведомленности наблюдателей платформы iNaturalist о видовом составе шиповников Тюменской области и/или том, какие именно признаки важно отразить на фотографиях для идентификации наблюдений Rosa до видового уровня. Для снижения доли неидентифицируемых наблюдений шиповников, размещенных на платформе iNaturalist, мы представили практические рекомендации для публикации фотонаблюдений представителей рода Rosa и указали на ключевые признаки, необходимые для идентификации растений этой группы. Данные платформы iNaturalist представляют собой мощный инструмент для сбора данных о биоразнообразии. Тем не менее, эти краудсорсинговые данные должны быть как можно более точными, чтобы они могли быть полезны в научных исследованиях. Составленные нами рекомендации должны помочь в повышении точности данных о роде Rosa на платформе iNauralist, и могут быть применимы и к другим группам растений.
Ключевые слова: биоразнообразие, гражданская наука, краудсорсинговые данные, таксономически сложные таксоны, шиповник
ASSESSMENT OF THE QUALITY OF ROSA (ROSACEAE) OBSERVATIONS ON INATURALIST AND PRACTICAL RECOMMENDATIONS FOR OBSERVERS. A CASE STUDY FOR SELECTED REGIONS OF RUSSIA
Abstract. The quality of biodiversity data plays a big role in understanding the actual distribution of organisms. This is especially important for taxonomic groups that are difficult for species identification. In this study, we assessed the identification accuracy of Rosa (Rosaceae) observations uploaded on the iNaturalist online platform. For this purpose, all Rosa observations, made in July and August 2021-2022 and uploaded to the iNaturalist platform until 13.12.2022 from seven regions of the center of European Russia (Kostroma Region, Nizhniy Novgorod Region, Tambov Region, Tula Region, Republic of Mordovia, Republic of Tatarstan, Chuvash Republic) and from two regions of the Trans-Urals Region (Tyumen Region and Kurgan Region). Among all considered taxa, five Rosa species (R. acicularis, R. glauca, R. rugosa, R. spinosissima, R. villosa) were marked as well-identified ones. As a rule, identifications of these species are not problematic for either iNaturalistplatform experts or machine generated identification mechanism acting on this resource. These species were excluded from the final evaluation. The obtained results showed that in eight out of nine Russian regions of Russia, 62.7±11.3% of Rosa observations cannot be identified to the species level due to the lack of morphological traits presented in photographs of these observations. Only in the Tyumen Region, we found a relatively high proportion of Rosa observations (69.4%), which can be identified to the species level. This indicates a high awareness degree of iNaturalit-observers on the species composition of wild roses in the Tyumen Region and/or about morphological traits, which are important to show on photographs to identify these Rosa observations to the species level. To reduce a proportion of unidentifiable Rosa observations uploaded on the iNaturalist platform, we proposed practical recommendations for making photographic observations of wild roses, and we pointed out the key features necessary to identify them. The iNaturalist platform is a powerful tool for collecting biodiversity data. However, this crowdsourcing data needs to be as accurate as possible to be useful in scientific research. The recommendations we have compiled should help improve the accuracy of data on the genus Rosa uploaded on the iNauralist platform, and they may be also applicable to other plant groups.
Key words: biodiversity, citizen science, crowdsourcing data, taxonomically critical taxa, wild rose род наблюдение идентификация
Введение
Инвентаризация биоразнообразия является неотъемлемым этапом к пониманию распространения видов организмов на Земле. Ежегодно мы наблюдаем описания новых видов (Alvarado-Cardenas et al., 2020; Gagarin, Gusakov, 2022). Наряду с этим, постоянно происходит уточнение распространения и состава видов организмов на региональном, национальном и глобальном уровнях (Urbanavichus, Urbanavichene, 2022; Seregin et al., 2020 a; Izdebska, Rolbiecki, 2020). Как один из наиболее заметных элементов биоразнообразия, сосудистые растения часто являются объектом исследований по инвентаризации таксономического состава территорий, особенно учитывая расселение чужеродных видов в различных регионах мира, в том числе в России (Silaeva et al., 2022; Khapugin, Kuzmin, 2022).
В последнее время все большее число натуралистов-любителей (например, школьников; Aristeidou et al., 2021) присоединяется к исследованиям биоразнообразия, в том числе разнообразия растений, что является проявлением так называемой гражданской науки (citizen science). Наиболее популярным инструментом в области гражданской науки в России является платформа iNaturalist (Seregin et al., 2020 a, b). В последние годы появляется все большее число публикаций, посвященных сосудистым растениям, грибам, авторами которых, наряду с профессиональными учеными, являются любители природы, сделавшие интересные находки организмов (Filippova et al., 2022; Silaeva et al., 2022). Поэтому роль любителей природы очень велика в инвентаризации биоразнообразия.
При росте числа любителей природы некоторыми авторами отмечается снижение качества наблюдений и числа наблюдений исследовательского (Research Grade) уровня ввиду нехватки времени у экспертов сообщества iNaturalist (Wessels et al., 2019). Поэтому многие наблюдения iNaturalist, сделанные летом (месяцы наибольшего поступления наблюдения; см. Seregin et al., 2020 a), остаются незамеченными экспертами сообщества iNaturalist долгое время. В случае сложных таксонов (лишайники (Allen, McMullin, 2022; McMullin, Allen, 2022), роды Alchemilla, Hieracium и другие (Seregin et al., 2020 a)), в большинстве случаев идентификация ограничивается указанием рода на платформе iNaturalist. Это связано с недостатком признаков на совокупности фотографий наблюдений и/или низким качеством этих фотографий.
Род Rosa L. (Rosaceae) также является сложной группой для идентификации растений до видового уровня. Ситуация осложняется межвидовой гибридизацией шиповников, отмеченной, в частности, и на территории Восточной Европы (Schanzer, Kutlunina, 2010; Ritz et al., 2005). В связи с этим некоторые растения не могут быть определены до видового уровня, обладая признаками нескольких видов. Поэтому такие растения можно отнести к комплексам родства видов (см. Rosa canina s.lato по: Khapugin, 2015). Многие представители рода Rosa являются декоративными, привлекая внимание в дикой природе и культуре. Поэтому, ожидаемо, они представлены и на платформе iNaturalist. Целью настоящей работы было оценить качество наблюдений рода Rosa на iNaturalist на предмет возможности идентификации их до видового уровня. Мы предположили, что 1) наибольшее число наблюдений Rosa относится к обыкновенным видам в региональных флорах; 2) наибольшая доля наблюдений Rosa на платформе iNaturalist не содержит достаточного количества данных для их идентификации до видового уровня.
Материал и методы
В качестве территории исследования мы выбрали семь регионов центра Европейской России (Костромская, Нижегородская, Тамбовская, Тульская области, Республика Мордовия, Республика Татарстан, Чувашская Республика) и два региона Зауралья (Тюменская и Курганская области). Большее число регионов Европейской России связано с тем, что в составе их флоры разнообразие видов рода Rosa заметно выше (Buzunova, 2001). В то же время, в Зауралье отмечено лишь ограниченное количество видов шиповников (Naumenko, 2008; Polozhiy, 1988). Поэтому Курганская и Тюменская области были взяты для сравнения с регионами Европейской России.
Первым автором проверены все наблюдения Rosa, сделанные в июле и августе 20212022 гг. и загруженные на платформу iNaturalist до 13.12.2022 г. в региональные проекты указанных выше регионов России. Идентификации предоставлены для всех наблюдений. Они разделены на две большие группы - наблюдения, для идентификации которых признаков на фотографиях достаточно и наблюдения, для определения которых до видового уровня признаков не хватает (наблюдения DD). Последние были идентифицированы до уровня рода Rosa. В пределах первой группы наблюдений они были условно разделены на три подгруппы. Первая включает наблюдения, где первый автор первым предоставил идентификацию до видового уровня (наблюдения Iden). Вторая группа включает наблюдения, где первый автор согласился с идентификацией, предложенной ранее другим экспертом на платформе iNaturalist (наблюдения Agree). Наконец, третья группа включает наблюдения, которые первый автор настоящей работы переопределил (наблюдения Redet); т.е. ранее идентификация была одна, а нами была предложена иная идентификацию на основании представленных признаков.
Дополнительно, на основании экспертной оценки всех наблюдений, проанализированных для девяти регионов России, мы выделили пять хорошо идентифицируемых видов Rosa. В их определении фактически не возникает проблем у профессиональных ученых-экспертов платформы iNaturalist. В состав этой группы входят следующие виды. Rosa rugosa Thunb. имеет опушенные побеги, усеянные соломенно-желтыми разновеликими шипами; сильно морщинистые листья с ярко выраженной сетью жилкой; крупные цветки и приплюснутые цинародии (далее - плоды). Rosa spinosissima L., в отличие от многих шиповников, имеет обычно девять (а не семь) листочков на листе; побеги, усеянные по всей длине мелкими игловидными шипами; темные (черные, коричневые) круглые или приплюснутые плоды. Rosa acicularis Lindl. внешне похож на широко распространенный вид R. majalis Herrm., но генеративные побеги густо усеяны шипами по всей длине; цветоножки нередко опушены железистыми волосками. Rosa glauca Pourr. имеет сизую, с оттенками красного, окраску листьев; темноватые плоды; почти отсутствуют шипы на генеративных побегах; цветоножки нередко опушены железистыми волосками. Rosa villosa L. имеет крупные (2.0-2.5 см) плоды, обычно густо усеянные железистыми волосками; листочки сверху и снизу густо усеяны простыми волосками, а снизу железистыми волосками; шипы на генеративных побегах соломенно-желтые, прямые, иногда слегка вверх направленные. У всех перечисленных видов чашелистики при созревании плодов вверх направленные. Кроме того, система искусственного интеллекта iNaturalist в большинстве случаев верно предлагает определения к наблюдениям этих видов. Поэтому мы сопоставили результаты анализа совокупностей наблюдений с учетом и без учета этих пяти видов в выборке.
Результаты и обсуждение
В результате ревизии рода Rosa на платформе iNaturalist было проверено 404 наблюдения из девяти регионов России. В том числе 63 наблюдения из Костромской области, 22 - из Курганской области, 108 - из Республики Мордовия, 27 - из Нижегородской области, 22 - из Тамбовской области, 43 - из Республики Татарстан, 39 - из Тульской области, 57 - из Тюменской области и 23 - из Чувашской Республики. Процентное соотношение групп наблюдений Rosa с достаточным и недостаточным количеством признаков для видовой идентификации представлено на рис. 1а.
Рис. 1. Процентное соотношение групп наблюдений рода Rosa на платформе iNaturalist с достаточным и недостаточным количеством признаков для видовой идентификации для девяти регионов Европейской России и Зауралья (A - оригинальное количество наблюдений на платформе iNaturalist; B - количество наблюдений Rosa на платформе iNaturalist, исключая хорошо идентифицируемые виды, Rosa acicularis, R glauca, R rugosa, R. spinosissima, R villosa). Обозначения: DD - наблюдения, для определения которых до видового уровня не хватает признаков; Iden - наблюдения, где первый автор первым предоставил идентификацию до видового уровня; Agree - наблюдения, где первый автор согласился с идентификацией, предложенной ранее другим экспертом; Redet - наблюдения, которые первый автор переопределил, как другой вид.
Fig. 1. Percentages of groups of Rosa observations on the iNaturalist platform with numbers of morphological traits on photos sufficient (Iden, Agree, Redet) and insufficient (DD) for species identification in nine regions of European Russia and the Trans-Urals (A - original number of Rosa observations sampled from iNaturalist platform; B - number of Rosa observations sampled from iNaturalist platform, with exception of well-identifiable species, Rosa acicularis, R glauca, R. rugosa, R spinosissima, R. villosa). Designations: DD - Rosa observations, where the number of morphological traits is insufficient to identify them up to the species level; Iden - Rosa observations, where the first author was the first who identified the rose to the species level; Agree - Rosa observations, where the first author agreed with the identification proposed earlier by another expert; Redet - Rosa observations, which were redetermined as another species than it was before.
Учитывая все наблюдения Rosa (рис. 1а), видно, что в большинстве анализируемых регионов доля наблюдений группы DD составила не менее 35% от общего числа наблюдений. Исключением явилась лишь Тюменская область, где лишь 26.3% наблюдений Rosa не могут быть идентифицированы ввиду недостатка значимых признаков на фотографиях. В этом регионе наблюдения группы Agree составили 68.4% (рис. 1а), что говорит о высокой доле осведомленности наблюдателей платформы iNaturalist о видовом составе шиповников региона и/или том, какие именно признаки важно отразить на фотографиях для идентификации наблюдений Rosa до видового уровня. Наиболее высокие значения доли DD наблюдений были отмечены для Тамбовской области (68.2%) и Республики Татарстан (62.8%). Это свидетельствует, главным образом, об оппортунистическом характере съемки шиповников наблюдателями платформы iNaturalist в данных регионах.
Затем из полученной выборки мы удалили наблюдения пяти видов (Rosa acicularis, R. glauca, R. rugosa, R. spinosissima, R. villosa), хорошо распознаваемых как экспертами, так и искусственным интеллектом платформы iNaturalist (рис. 1b). Как и на рис. 1a, доля DD наблюдений осталась наименьшей в Тюменской области по тем же причинам, что были обозначены выше. Доля DD наблюдений несколько увеличилась за счет исключения наблюдений хорошо идентифицируемого вида R. acicularis, являющегося обычным видом на территории региона. В остальных регионах доля DD наблюдений составила, в среднем, 62.7±11.3% (min-max: 42.9-77.1%). Это значит, что заметно больше половины всех наблюдений Rosa в регионах невозможно определить до видового уровня ввиду недостатка признаков на фотографиях наблюдений платформы iNaturalist. Полученные результаты иллюстрируют необходимость составления практических рекомендаций для наблюдателей платформы iNaturalist по фотосъемке представителей рода Rosa. Принимая во внимание работы, посвященные аналогичной тематике (McMullin, Troy, 2022; Wittmann et al., 2019; Koo et al., 2022), мы составили основные рекомендации по фотосъемке представителей рода Rosa и представили их ниже.