Amateur Naturalists

Amateur Naturalists

From the results of an annual Alaskan betting contest to sightings of migra­tory birds, ecologists are using a wealth of unusual data to predict the impact of climate change.

A Tim Sparks slides a small leather-bound notebook out of an envelope. The book’s yellowing pages contain bee-keeping notes made between 1941 and 1969 by the late Walter Coates of Kilworth, Leicestershire. He adds it to his growing pile of local journals, birdwatchers’ lists and gardening diaries. “We’re uncovering about one major new record each month,” he says, “I still get surprised.” Around two centuries before Coates, Robert Marsham, a landowner from Norfolk in the east of England, began recording the life cycles of plants and animals on his estate – when the first wood anemones flowered, the dates on which the oaks burst into leaf and the rooks began nesting. Successive Marshams continued compiling these notes for 211 years.

B Today, such records are being put to uses that their authors could not pos­sibly have expected. These data sets, and others like them, are proving in­valuable to ecologists interested in the timing of biological events, or phen­ology. By combining the records with climate data, researchers can reveal how, for example, changes in temperature affect the arrival of spring, al­lowing ecologists to make improved predictions about the impact of climate change. A small band of researchers is combing through hundreds of years of records taken by thousands of amateur naturalists. And more systematic projects have also started up, producing an overwhelming response. “The amount of interest is almost frightening,” says Sparks, a climate researcher at the Centre for Ecology and Hydrology in Monks Wood, Cambridgeshire.

C Sparks first became aware of the army of “closet phenologists”, as he de­scribes them, when a retiring colleague gave him the Marsham records. He now spends much of his time following leads from one historical data set to another. As news of his quest spreads, people tip him off to other historical records, and more amateur phenologists come out of their closets. The Brit­ish devotion to recording and collecting makes his job easier – one man from Kent sent him 30 years’ worth of kitchen calendars, on which he had noted the date that his neighbour’s magnolia tree flowered.

D Other researchers have unearthed data from equally odd sources. Rafe Sa­garin, an ecologist at Stanford University in California, recently studied records of a betting contest in which participants attempt to guess the exact time at which a specially erected wooden tripod will fall through the surface of a thawing river. The competition has taken place annually on the Tenana River in Alaska since 1917, and analysis of the results showed that the thaw now arrives five days earlier than it did when the contest began.

E Overall, such records have helped to show that, compared with 20 years ago, a raft of natural events now occur earlier across much of the northern hemi­sphere, from the opening of leaves to the return of birds from migration and the emergence of butterflies from hibernation. The data can also hint at how nature will change in the future. Together with models of climate change, amateurs’ records could help guide conservation. Terry Root, an ecologist at the University of Michigan in Ann Arbor, has collected birdwatchers’ counts of wildfowl taken between 1955 and 1996 on seasonal ponds in the Ameri­can Midwest and combined them with climate data and models of future warming. Her analysis shows that the increased droughts that the models predict could halve the breeding populations at the ponds. “The number of waterfowl in North America will most probably drop significantly with global warming,” she says.

F But not all professionals are happy to use amateur data. “A lot of scientists won’t touch them, they say they’re too full of problems,” says Root. Because different observers can have different ideas of what constitutes, for example, an open snowdrop. “The biggest concern with ad hoc observations is how carefully and systematically they were taken,” says Mark Schwartz of the University of Wisconsin, Milwaukee, who studies the interactions between plants and climate. “We need to know pretty precisely what a person’s been observing – if they just say ‘I noted when the leaves came out’, it might not be that useful.” Measuring the onset of autumn can be particularly problem­atic because deciding when leaves change colour is a more subjective pro­cess than noting when they appear.

G Overall, most phenologists are positive about the contribution that ama­teurs can make. “They get at the raw power of science: careful observation of the natural world,” says Sagarin. But the professionals also acknowledge the need for careful quality control. Root, for example, tries to gauge the quality of an amateur archive by interviewing its collector. “You always have to worry – things as trivial as vacations can affect measurement. I disregard a lot of records because they’re not rigorous enough,” she says. Others suggest that the right statistics can iron out some of the problems with amateur data. Together with colleagues at Wageningen University in the Netherlands, environmental scientist Arnold van Vliet is developing statistical techniques to account for the uncertainty in amateur phenological data. With the en­thusiasm of amateur phenologists evident from past records, professional researchers are now trying to create standardised recording schemes for fu­ture efforts. They hope that well-designed studies will generate a volume of observations large enough to drown out the idiosyncrasies of individual recorders. The data are cheap to collect, and can provide breadth in space, time and range of species. “It’s very difficult to collect data on a large geo­graphical scale without enlisting an army of observers,” says Root.

H Phenology also helps to drive home messages about climate change. “Be­cause the public understand these records, they accept them,” says Sparks. It can also illustrate potentially unpleasant consequences, he adds, such as the finding that more rat infestations are reported to local councils in warmer years. And getting people involved is great for public relations. “People are thrilled to think that the data they’ve been collecting as a hobby can be used for something scientific – it empowers them,” says Root.

Những nhà tự nhiên học không chuyên

A  Từ kết quả của một cuộc thi cá cược hàng năm ở Alaska đến việc nhìn thấy các loài chim di trú, các nhà sinh thái học đang sử dụng vô số dữ liệu không thông thường để dự đoán tác động của biến đổi khí hậu.

Tim Sparks rút một cuốn sổ bìa da nhỏ ra khỏi bao thư. Những trang ố vàng của cuốn sách ghi chép về việc nuôi ong được thực hiện từ năm 1941 đến 1969 bởi Walter Coates quá cố ở Kilworth, Leicestershire. Ông bổ sung nó vào chung với hàng đống tạp chí địa phương, bảng kê khai của những người quan sát nhận dạng chim và nhật ký làm vườn ngày càng tăng của mình. “Chúng tôi khám phá ra một ghi chép quan trọng mới mỗi tháng,” ông cho biết, “Tôi vẫn còn bất ngờ.” Khoảng hai thế kỷ trước Coates, Robert Marsham, một điền chủ đến từ Norfolk phía đông nước Anh, bắt đầu ghi chép lại chu kỳ sống của các loài động thực vật trong điền trang của mình – khi những cây hải quỳ rừng đầu tiên nở hoa, ngày cây sồi trổ lá và ngày những con quạ bắt đầu làm tổ. Marshams kế nhiệm tiếp tục biên soạn những ghi chú này trong 211 năm.

B  Ngày nay, những bản ghi như vậy đang được đưa vào sử dụng mà tác giả của chúng dường như không thể ngờ tới. Những bộ dữ liệu này, và những bộ dữ liệu tương tự khác, đang chứng minh sự vô giá đối với các nhà sinh thái học quan tâm đến thời điểm của các sự kiện sinh học, hay còn gọi là vật hậu học. Bằng cách kết hợp các ghi chép với dữ liệu khí hậu, các nhà nghiên cứu có thể tìm ra, ví dụ như, sự thay đổi nhiệt độ ảnh hưởng như thế nào đến sự xuất hiện của mùa xuân, cho phép các nhà sinh thái học đưa ra những dự đoán hoàn thiện hơn về tác động của biến đổi khí hậu. Một nhóm nhỏ các nhà nghiên cứu đang săn lùng các ghi chép có tuổi đời hàng trăm năm được thực hiện bởi hàng nghìn nhà tự nhiên học nghiệp dư. Và các dự án có tính hệ thống hơn cũng đã được khởi động, đã mang đến sự hưởng ứng mạnh mẽ. Sparks, một nhà nghiên cứu khí hậu tại Trung tâm Sinh thái và Thủy văn ở Monks Wood, Cambridgeshire, cho biết: “Lượng quan tâm quả thật kinh hoàng”

C  Sparks lần đầu tiên biết đến đội quân “các nhà vật hậu học trong phòng” như mô tả của ông, khi một đồng nghiệp về hưu đưa cho ông các hồ sơ ghi chép của Marsham. Hiện ông dành phần lớn thời gian lần theo các chỉ dẫn từ bộ dữ liệu lịch sử này sang bộ dữ liệu lịch sử khác. Khi tin tức về cuộc tìm kiếm của ông lan truyền, mọi người chỉ cho ông đến với các hồ sơ lịch sử khác và ngày càng nhiều nhà vật hậu học nghiệp dư bước ra khỏi phòng của họ. Sự tận tâm của người Anh đối với việc ghi chép và thu thập khiến công việc của ông trở nên dễ dàng hơn – một người đàn ông ở Kent đã gửi cho ông những cuốn lịch nhà bếp 30 năm tuổi, trên đó ông ấy đã ghi lại ngày cây mộc lan của nhà hàng xóm ra hoa.

D Các nhà nghiên cứu khác đã khai quật dữ liệu từ các nguồn kỳ lạ không kém. Rafe Sagarin, một nhà sinh thái học tại Đại học Stanford ở California, gần đây đã nghiên cứu hồ sơ của một cuộc thi cá cược trong đó những người tham gia cố gắng đoán chính xác thời điểm mà một cái giá ba chân gỗ đặc biệt được dựng lên sẽ đổ xuống bề mặt của con sông đang tan băng. Cuộc thi đã diễn ra hàng năm trên sông Tenana ở Alaska kể từ năm 1917, và phân tích kết quả cho thấy băng tan hiện đến sớm hơn 5 ngày so với khi cuộc thi bắt đầu.

E  Nhìn chung, những ghi chép như vậy đã cho thấy rằng, so với 20 năm trước, một loạt các sự kiện tự nhiên hiện nay đã xảy ra sớm hơn trên hầu hết các vùng phía bắc, từ việc cây bung lá cho đến sự trở lại của các loài chim sau cuộc di trú và sự xuất hiện của bướm sau kỳ ngủ đông. Dữ liệu cũng có thể dự đoán về việc thiên nhiên sẽ thay đổi như thế nào trong tương lai. Cùng với các mô hình về biến đổi khí hậu, hồ sơ của những người nghiệp dư có thể giúp định hướng cho việc bảo tồn. Terry Root, một nhà sinh thái học tại Đại học Michigan ở Ann Arbor, đã thu thập lượng chim hoang được đếm bởi những người quan sát chim thực hiện từ năm 1955 đến năm 1996 ở các ao thay đổi theo mùa  vùng Trung Tây nước Mỹ và kết hợp chúng với dữ liệu khí hậu và mô hình về sự ấm lên trong tương lai. Phân tích của bà cho thấy sự gia tăng hạn hán mà các mô hình dự đoán có thể làm giảm một nửa quần thể sinh sản trong ao. Bà nói: “Số lượng loài chim nước ở Bắc Mỹ sẽ giảm đáng kể với sự nóng lên toàn cầu.”

F  Nhưng không phải tất cả các chuyên gia đều hài lòng khi sử dụng dữ liệu nghiệp dư. Root nói: “Rất nhiều nhà khoa học sẽ không động đến chúng, họ nói rằng chúng có quá nhiều vấn đề. Bởi vì những người quan sát khác nhau có thể có những ý tưởng khác nhau về những gì cấu thành, ví dụ như, một bông hoa giọt tuyết nở. Mark Schwartz của Đại học Wisconsin, Milwaukee, người nghiên cứu mối tương tác giữa thực vật và khí hậu, cho biết: “Mối quan tâm lớn nhất đối với các quan sát đặc biệt là chúng được thực hiện một cách cẩn thận và có hệ thống như thế nào. “Chúng ta cần biết khá chính xác một người đang quan sát những gì – nếu họ chỉ nói ‘Tôi đã ghi chép lại khi lá mọc’, thì điều đó có thể không hữu ích.” Việc đo thời điểm bắt đầu của mùa thu có thể là một vấn đề đặc biệt khó khăn vì việc quyết định thời điểm lá thay đổi màu sắc là một quá trình thiên về chủ quan hơn ghi chép thời điểm chúng xuất hiện.

G  Nhìn chung, hầu hết các nhà vật hậu học đều lạc quan về sự đóng góp mà các nhà tự nhiên nghiệp dư có thể tạo ra. Sagarin nói: “Họ có được sức mạnh khoa học nguyên bản: quan sát cẩn thận thế giới tự nhiên”. Nhưng các chuyên gia cũng thừa nhận sự cần thiết phải kiểm soát chất lượng cẩn thận. Chẳng hạn, Root cố gắng đánh giá chất lượng của một kho lưu trữ nghiệp dư bằng cách phỏng vấn người sưu tập nó. “Bạn luôn phải lo lắng – những thứ nhỏ nhặt như kỳ nghỉ có thể ảnh hưởng đến việc đo lường. Tôi bỏ qua rất nhiều hồ sơ vì chúng không đủ chính xác”, bà nói. Những người khác cho rằng thống kê đúng có thể giải quyết một số vấn đề với dữ liệu nghiệp dư. Cùng với các đồng nghiệp tại Đại học Wageningen ở Hà Lan, nhà khoa học môi trường Arnold van Vliet đang phát triển các kỹ thuật thống kê để giải thích sự không chắc chắn trong dữ liệu vật hậu nghiệp dư. Với sự nhiệt tình của các nhà vật hậu học nghiệp dư thể hiện rõ ràng từ các ghi chép trong quá khứ, các nhà nghiên cứu chuyên nghiệp hiện đang cố gắng tạo ra các sơ đồ ghi chép tiêu chuẩn cho các nỗ lực tương lai. Họ hy vọng rằng các nghiên cứu được thiết kế tốt sẽ tạo ra một lượng quan sát đủ lớn để loại yếu tố cá nhân của người ghi ghép riêng lẻ. Các dữ liệu rẻ để thu thập và có thể cung cấp độ rộng về không gian, thời gian và phạm vi của các loài. Root cho biết: “Rất khó để thu thập dữ liệu trên quy mô địa lý lớn mà không có một đội quân quan sát viên.

H  Vật hậu học cũng giúp thúc đẩy các thông điệp gia đình về biến đổi khí hậu. Sparks nói: “Bởi vì công chúng hiểu những hồ sơ này, họ chấp nhận chúng. Ông nói thêm, nó cũng có thể làm sáng tỏ những hậu quả xấu tiềm ẩn, chẳng hạn như phát hiện ra có nhiều báo cáo cho hội đồng địa phương hơn về các vụ phá hoại của chuột trong những năm ấm hơn. Và thu hút mọi người tham gia là việc rất tốt cho quan hệ công chúng. Root nói: “Mọi người xúc động khi nghĩ rằng dữ liệu mà họ thu thập như một thú vui lại có thể được sử dụng cho mục đích khoa học – nó tiếp thêm sức mạnh cho họ.