Amateur Naturalists
Mở đầu 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.
Từ kết quả của một cuộc thi cá cược thường niên ở Alaska đến các lần bắt gặp chim di cư, các nhà sinh thái đang sử dụng vô vàn dữ liệu “lạ” để dự đoán tác động của biến đổi khí hậu.
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.
Tim Sparks rút từ phong bì ra một cuốn sổ tay bọc da nhỏ. Những trang giấy đã ố vàng chứa các ghi chú nuôi ong được lập trong giai đoạn 1941–1969 bởi Walter Coates ở Kilworth, Leicestershire, nay đã qua đời. Ông đặt nó lên chồng sổ địa phương, danh sách của người ngắm chim và nhật ký làm vườn đang lớn dần. “Chúng tôi phát hiện khoảng mỗi tháng một bộ ghi chép mới lớn,” ông nói, “đến giờ tôi vẫn bất ngờ.” Trước Coates khoảng hai thế kỷ, Robert Marsham, một địa chủ ở Norfolk thuộc miền đông nước Anh, bắt đầu ghi chép các chu kỳ sống của cây cối và loài vật trên điền trang của ông — khi những bông hoa cỏ chân ngỗng rừng đầu tiên nở, những ngày cây sồi bung lá và lũ quạ đồng bắt đầu làm tổ. Các thế hệ nhà Marsham tiếp nối việc này suốt 211 năm.
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.
Ngày nay, những ghi chép như vậy đang được dùng theo những cách mà tác giả của chúng hẳn không thể ngờ. Các bộ dữ liệu này, và nhiều bộ tương tự, đang tỏ ra vô giá với các nhà sinh thái quan tâm tới thời điểm diễn ra các sự kiện sinh học, hay còn gọi là phenology. Bằng cách kết hợp các ghi chép với dữ liệu khí hậu, các nhà nghiên cứu có thể cho thấy, chẳng hạn, thay đổi nhiệt độ ảnh hưởng thế nào tới sự đến của mùa xuân, qua đó giúp dự đoán tốt hơn tác động của biến đổi khí hậu. Một nhóm nhỏ các nhà nghiên cứu đang rà soát hàng trăm năm ghi chép của hàng nghìn nhà tự nhiên học nghiệp dư. Và các dự án có hệ thống hơn cũng đã khởi động, nhận được phản hồi áp đảo. “Lượng quan tâm gần như đáng sợ,” Sparks nói, một nhà nghiên cứu khí hậu tại Trung tâm Sinh thái và Thuỷ văn ở 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.
Sparks lần đầu biết tới đội quân “các nhà phenology trong tủ áo”, như ông gọi, khi một đồng nghiệp sắp nghỉ hưu đưa cho ông bộ ghi chép của nhà Marsham. Giờ đây ông dành phần lớn thời gian lần theo manh mối từ bộ dữ liệu lịch sử này sang bộ khác. Khi tin về cuộc tìm kiếm của ông lan ra, người ta lại mách thêm các ghi chép cổ khác, và nhiều nhà phenology nghiệp dư nữa “bước ra khỏi tủ”. Tính ham ghi chép và sưu tầm kiểu Anh khiến công việc của ông dễ hơn — một người ở Kent gửi cho ông 30 năm lịch treo bếp, trên đó ông ta ghi ngày cây mộc lan của hàng xóm nở hoa.
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.
Những nhà nghiên cứu khác cũng khai quật dữ liệu từ các nguồn lạ tương tự. Rafe Sagarin, một nhà sinh thái tại Đại học Stanford (California), gần đây đã nghiên cứu các ghi chép của một cuộc thi cá cược, trong đó người tham gia cố đoán chính xác thời điểm một giá ba chân gỗ được dựng đặc biệt sẽ rơi xuyên qua bề mặt con sông đang tan băng. Cuộc thi diễn ra hàng năm trên sông Tenana (Alaska) từ năm 1917, và phân tích kết quả cho thấy băng nay tan sớm hơn năm ngày so với khi cuộc thi bắt đầu.
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.
Nhìn tổng thể, các ghi chép như vậy đã giúp chỉ ra rằng, so với 20 năm trước, một loạt hiện tượng tự nhiên nay xảy ra sớm hơn trên phần lớn bán cầu Bắc — từ lá mở đến chim di cư quay về và bướm tỉnh giấc sau ngủ đông. Dữ liệu cũng có thể gợi cho ta biết thiên nhiên có thể thay đổi thế nào trong tương lai. Kết hợp với các mô hình khí hậu, ghi chép của nghiệp dư có thể giúp định hướng bảo tồn. Terry Root, nhà sinh thái tại Đại học Michigan (Ann Arbor), đã tổng hợp số lượng chim nước do người ngắm chim ghi lại trong giai đoạn 1955–1996 tại các ao theo mùa ở vùng Trung Tây Hoa Kỳ và kết hợp chúng với dữ liệu khí hậu cùng các mô hình ấm lên tương lai. Phân tích của bà cho thấy các đợt hạn hán gia tăng mà mô hình dự báo có thể làm giảm một nửa quần thể sinh sản tại các ao này. “Số lượng chim nước ở Bắc Mỹ rất có thể sẽ giảm đáng kể do nóng lên toàn cầu,” bà nói.
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.
Tuy nhiên, không phải chuyên gia nào cũng sẵn lòng dùng dữ liệu nghiệp dư. “Nhiều nhà khoa học không đụng tới chúng, họ nói chúng đầy vấn đề,” Root nói. Vì những người quan sát khác nhau có thể hiểu khác nhau thế nào là, chẳng hạn, “một bông tuyết giọt nở hẳn”. “Mối bận tâm lớn nhất với các quan sát tuỳ tiện là chúng được thực hiện cẩn thận và có hệ thống tới đâu,” Mark Schwartz (Đại học Wisconsin, Milwaukee), người nghiên cứu tương tác giữa cây cối và khí hậu, cho biết. “Ta cần biết khá chính xác người ta đã quan sát cái gì — nếu họ chỉ nói ‘tôi ghi lúc lá xuất hiện’ thì có thể không hữu ích lắm.” Đo thời điểm bắt đầu của mùa thu đặc biệt rắc rối vì việc quyết định khi nào màu lá đổi mang tính chủ quan hơn so với việc ghi lúc lá xuất hiện.
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.
Nhìn chung, phần lớn các nhà phenology đánh giá tích cực đóng góp của nghiệp dư. “Họ chạm tới sức mạnh cốt lõi của khoa học: quan sát cẩn thận thế giới tự nhiên,” Sagarin nói. Nhưng các nhà chuyên môn cũng thừa nhận cần kiểm soát chất lượng cẩn thận. Chẳng hạn, Root đánh giá chất lượng một kho lưu trữ nghiệp dư bằng cách phỏng vấn người sưu tầm. “Ta luôn phải lo — những chuyện nhỏ như đi nghỉ cũng có thể ảnh hưởng phép đo. Tôi loại bỏ khá nhiều ghi chép vì chúng không đủ nghiêm ngặt,” bà nói. Những người khác gợi ý dùng thống kê phù hợp để làm phẳng vài vấn đề của dữ liệu nghiệp dư. Cùng đồng nghiệp tại Đại học Wageningen (Hà Lan), nhà khoa học môi trường Arnold van Vliet đang phát triển các kỹ thuật thống kê để tính tới bất định trong dữ liệu phenology nghiệp dư. Với nhiệt huyết đã thấy từ những ghi chép trước, các nhà nghiên cứu chuyên nghiệp đang cố tạo ra các sơ đồ ghi chép tiêu chuẩn cho những nỗ lực trong tương lai. Họ hy vọng các nghiên cứu được thiết kế tốt sẽ tạo ra khối lượng quan sát đủ lớn để “nhấn chìm” những thói riêng của từng người ghi. Dữ liệu này rẻ để thu thập, và có thể cho ta độ phủ theo không gian, thời gian và chủng loại. “Rất khó thu thập dữ liệu trên quy mô địa lý rộng nếu không huy động một đội quân quan sát viên,” Root nói.
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.
Hiện tượng học theo mùa cũng giúp truyền tải mạnh mẽ các thông điệp về khí hậu. “Vì công chúng hiểu được những ghi chép này nên họ chấp nhận chúng,” Sparks nói. Nó cũng cho thấy các hệ quả có thể khó chịu, ông bổ sung, chẳng hạn phát hiện tình trạng chuột hoành hành được báo cáo tới chính quyền địa phương nhiều hơn trong các năm ấm áp. Và việc lôi kéo mọi người tham gia rất tốt cho quan hệ công chúng. “Mọi người phấn khích khi nghĩ rằng những dữ liệu họ thu thập như một thú vui có thể dùng cho khoa học — nó trao quyền cho họ,” Root nói.