La Competencia Financiada por la NASA Premia los Esfuerzos para Predecir las Poblaciones de Pingüinos

Los pingüinos son posiblemente los más icónicos y bien amados del puñado de especies animales que llaman a la Antártida. Desde el punto de vista científico, también son importantes indicadores ecosistémicos: Qué tan bien sus poblaciones reflejan la salud del krill y otras pesquerías a las que las aves se aprovechan. Los cambios en el ambiente de los pingüinos — el hielo marino, las temperaturas atmosféricas y oceánicas, entre otros factores — impactarán en última instancia la distribución y el tamaño de sus colonias.

Los ecologistas han monitoreado los pingüinos antárticos durante décadas, ya sea a través de recuentos de campo en sitios cercanos a estaciones de investigación o, más recientemente, imágenes satelitales que atraviesan la mayor parte del continente. Los conjuntos de datos tradicionales de la población son irregulares y limitados en el tiempo, lo que hace que sea difícil pronosticar cómo van a hacer las aves en el futuro.

En la Península Antártica, un pingüino adulto Adelia incuba un pollito para mantenerlo caliente y seco.

Créditos: crédito: Catherine Foley/Universidad Stony Brook University

Un concurso financiado por la NASA recientemente tuvo como objetivo mejorar los modelos estadísticos que pronostican las poblaciones de pingüinos mediante la aportación de científicos de datos para ayudar a los ecologistas en sus esfuerzos.

"La NASA está comprometida con el desarrollo de herramientas basadas en satélites que aumentan nuestra comprensión de la distribución y la abundancia de la vida silvestre para fomentar una gestión más eficaz en el campo por los encargados de preservar organismos, como los pingüinos de la Antártida, que apuntalar los ecosistemas naturales ", dice Woody Turner, Gerente del programa de previsión ecológica de la sede de la NASA en Washington.

El concurso de datos es la creación de Heather Lynch, profesor asociado de Ecología y evolución en la Universidad de Stony Brook, y Grant Humphries, un ex estudiante postdoctoral con Lynch que ahora trabaja como científico de datos en la ciencia de los datos de Black Bawks en los Estados Unidos Unido. El laboratorio de Lynch ha desarrollado una herramienta web financiada por la NASA, la aplicación cartográfica de las poblaciones de pingüinos y la dinámica proyectada (MAPPPD), que permite a cualquier persona, desde los administradores de la pesca hasta los científicos ciudadanos, comprobar los datos de población disponibles para los cuatro especies de pingüinos antárticos y hacer pronósticos para las tendencias futuras.

"Mientras trabajábamos en el desarrollo de MAPPPD, me di cuenta de que teníamos uno de los conjuntos de datos más grandes para las poblaciones de pingüinos que existen", dijo Humphries. "Estaba familiarizado con las competiciones de Ciencias de datos y pensé que podríamos poner los datos de nuestra población ahí fuera y ver si un competidor podría encontrar una solución que desafiara a algunos de nuestros actuales pensamientos sobre cómo predecimos las poblaciones de pingüinos".

Lynch esperaba que los modelos ganadores de la competencia de datos permitieran a su equipo expandir las predicciones de MAPPPD.

"En la herramienta que hemos desarrollado para la NASA, queremos hacer pronósticos de conjunto, al igual que el Centro Nacional de Huracanes hace para los huracanes cuando ponen de cuatro a cinco proyecciones por las que los caminos de una tormenta en particular podría seguir", dijo Lynch. "Quisiéramos poner algo como eso para la dinámica de la población del pingüino así que podemos ver cuánto varios modelos pueden diferir en términos de sus predicciones de la población."

Pero a pesar de tener uno de los conjuntos de datos ecológicos existentes más grandes sobre las poblaciones de animales, Lynch dijo, su equipo tuvo problemas para encontrar un anfitrión para el concurso: el mayor sitio de alojamiento de la competencia de información consideró la población de pingüinos minúsculas en comparación con el tamaño medio de los datasets utilizados en otros concursos. Finalmente, DrivenData — un sitio más pequeño especializado en competiciones con un impacto social — ofreció acoger el concurso.

El concurso, que estuvo abierto por dos meses del 27 de abril al 27 de junio y atrajo a 97 participantes que presentaron más de 600 modelos, tuvo dos premios principales más un premio de bonificación, por un total de $16.000. La primera categoría de premios, denominada la competencia de la predicción, mide la cantidad de los modelos de los competidores podrían predecir la abundancia de pingüinos antárticos en cada una de las 660 colonias conocidas de pingüinos para las temporadas de campo 2014-15, 2015-16 y 2016-17. Para ello, los investigadores proporcionaron datos poblacionales de 1980 a 2013, reteniendo los números de 2014 a 2017. La competencia de predicción otorgó cinco premios a los modelos más precisos; los ganadores eran de todo el mundo – India, Reino Unido, Israel, Ucrania y Brasil – y contaban con diversos orígenes que abarcaban desde la consultoría de ti hasta la ingeniería costera.

Pingüinos Adelia en la Península Antártica.

Créditos: crédito: Catherine Foley/Universidad Stony Brook University

"Los modelos ganadores hicieron mucho mejor de lo que esperaba", dijo Humphries. "Dado que los participantes sólo se les dio dos meses de tiempo para trabajar en ellos, yo estaba pensando que sus predicciones serían entre el 6 y el 10 por ciento de error a los números de población real-y su rango de error fue menor al 5 por ciento."

Humphries estaba particularmente entusiasmado de que el primer ganador utilizara un método en su modelo que los propios investigadores han estado probando en los últimos años: utilizando algoritmos de aprendizaje de máquinas para llenar huecos en los conjuntos de datos de población de pingüinos.

"Yo estaba muy contento de ver que ese enfoque ganó, porque el aprendizaje de la máquina y la inteligencia artificial están avanzando rápidamente los campos, y para ver que se aplican a la previsión de la población de pingüinos es realmente genial", dijo Humphries.

La segunda categoría principal de premios fue el concurso de reporte de modelaje, para el cual Lynch y Humphries evaluaron informes presentados proporcionando el razonamiento biológico sobre los modelos. Los ganadores de esta categoría procedían del grupo de los cinco que tenían las predicciones más precisas. El Premio de bonificación, que está pendiente, recompensará el modelo que hace la predicción más cercana a la población de pingüinos Adelia 2018, una vez que los investigadores han llevado a su temporada de campo de conteo de 2017-2018 pingüinos.

Humphries dijo que su próximo paso será escribir un documento científico con los cinco ganadores sobre las similitudes y diferencias en los enfoques de los modelos ganadores. También le gustaría organizar otro concurso en un futuro próximo, emparejando a investigadores antárticos con científicos de datos.

"Las poblaciones de pingüinos están cambiando dramáticamente, y realmente no entendemos por qué: los biólogos de pingüinos nos hemos estado golpeando la cabeza contra la pared por décadas", dijo Lynch. En algún momento, has intentado todo lo que puedes pensar para intentarlo. Así que pensamos, ' vamos a ver si podemos conseguir algunas otras personas inteligentes a bordo, y obtener algunas ideas frescas "."

El proyecto MAPPPD es un esfuerzo colaborativo entre Oceanites, Inc., una organización ambiental sin fines de lucro en Chevy Chase, Maryland; Negro Bawks datos Science Ltd.; y el laboratorio de Lynch en Stony Brook University en Stony Brook, Nueva York. La NASA proporcionó fondos para MAPPPD y premios para la competencia de datos.

Imagen de la bandera: una vista de la Península Antártica norteña de la alta altitud durante el vuelo de IceBridge detrás de la corriente de hielo de la Fundación, el 28 de octubre de 2012. La península es el hogar de varias poblaciones de pingüinos, incluyendo las de la Adelia, la Carrillera y las especies Emperador.

Fotografía: NASA/Maria-José viñas

By Maria-José Viñas
NASA’s Earth Science News Team

Last Updated: Oct. 30, 2017

Editor: Sara Blumberg

Traducción: El Quelonio Volador