德国鸟类学家利用太空卫星建立“动物互联网”，推进野生动物研究

野外生物学家往往很有耐心，他们常常愿意在野外工作数日甚至数周，并致力于进行需要数年才能取得成果的实验。但即使在这群顽强的科学家中，马丁·维克尔斯基脱颖而出。

2001年的一个晚上，这位德国鸟类学家坐在巴拿马的门廊上，萌生了一个想法，即建立一个“动物互联网”，即一个全球性的、佩戴传感器的野生动物系统，它将揭示地球上难以捉摸的非人类世界。他估计自己可以在2005年之前让这个系统投入运行。近20年后，维克尔斯基可能终于成功了——在克服了从官僚主义失误到技术故障再到地缘政治危机等一系列障碍之后。他的太空系统被称为ICARUS（利用太空进行动物研究的国际合作），目前计划于2025年某个时候通过私人火箭发射，这是其最新的卫星版本。

动物互联网的根本理念是将微型太阳能跟踪装置（有些重量还不到回形针）连接到各种生物甚至一些无生命物体（冰川、海洋塑料垃圾）上，从而了解地球上隐藏的现象——尖翅鹰的飞行路线、早逝的北极燕鸥的确切命运、极度濒危的赛加羚羊的确切环境要求。这种廉价、覆盖全球的动物标记系统旨在帮助科学家了解全球变化的确切驱动因素，并通过从太空追踪数千只被标记的动物，将它们的经历与整个种群甚至物种面临的更广泛影响联系起来。

德国马克斯·普朗克动物行为研究所迁徙部门主任维克尔斯基表示，拥有这些数据的前景，以及“让人们意识到外面正在发生的事情的令人难以置信的美丽和丰富性”，使得这项努力值得，甚至紧迫。正如他在最近的著作《动物互联网：发现地球生命的集体智慧》中所写，他“不知道会有多少陷阱……有多少次我们迫切想要放弃，因为整个过程变得如此令人沮丧，我们再也无法忍受了。”

2018年，经过多年与来自多个国家和大洲的设计师、工程师和政府官员的合作，维克尔斯基的团队终于将ICARUS接收器搭载在哈萨克斯坦的联盟号火箭上发射到国际空间站，俄罗斯宇航员将其安装在他们所在的轨道实验室一侧。“我们跳舞、哭泣、拥抱彼此，”维克尔斯基在谈到这次发射时写道。“近20年的所有压力都消失了。”

动物互联网于2020年3月上线，但年底前，俄罗斯国际空间站舱段的机械故障导致系统瘫痪。近一年后，系统才恢复运行。到2021年春天，该系统终于开始运转，接收了来自世界各地大约3,500只带标签的动物的数据。但随后在2022年冬天，俄乌战争后，西方切断了与俄罗斯的联系。ICARUS的数据传输突然停止。

国际空间站故障后，维克尔斯基的团队着手重新设计该系统，以使用卫星接收器，这一直是其长期目标。2022年，ICARUS接收器似乎已几乎确定将搭载在下一颗GRACE（重力恢复和气候实验）卫星上，该卫星是NASA和德国航天局的合资项目，计划于2028年发射。但最后一刻的讨价还价吸走了该项目三分之一以上的德国资金，没有钱用于ICARUS。“我们完全崩溃了，”维克尔斯基回忆道。他给了他的项目三个月的时间来找到解决方案，否则就最终放弃。“那时我们缩小了规模，并说我们需要一个立方体卫星。”

因此，从明年某个时候开始，该项目计划使用私人发射公司在五颗相对低成本的立方体卫星（大约魔方大小、重量只有几磅的微型卫星）上发射ICARUS接收器。该系统由马克斯·普朗克学会资助，发射成本约为157万美元，每年运营费用约为16万美元。

科罗拉多大学丹佛分校的定量生态学家迈克尔·温德(Michael Wunder)表示：“这件事的地缘政治影响非常大。”在乌克兰战争中断研究之前，他曾使用国际空间站的标签研究山鸻的迁徙模式。该项目的新版本没有让政府航天机构参与，而是让科学家自己掌控。

新系统可以实现更大的全球覆盖范围——国际空间站接收器无法与地球上最高纬度的标签通信——而维克尔斯基的团队利用这些年的时间将标签缩小了几克，并设计了动物“佩戴”标签的新方法，大大增加了科学家可以研究的物种数量。该团队目前正在升级4,000个旧标签，使其与新系统配合使用。这些标签每小时提供动物的能量消耗记录；测量气压、海拔、温度和湿度等环境因素；甚至使用人工智能来帮助解释动物的行为。

通过北卡罗莱纳州自然科学博物馆协调ICARUS北美项目的阿什利·洛尔(Ashley Lohr)表示，这些宝贵的数据“将为研究人员打开许多大门”，这只动物有多紧张？这只动物在此时此地的环境条件如何？

2021年，Wunder的实验室小组在科罗拉多州标记了17只山鸻。山鸻原产于美国中北部的平原，在过去60年中数量下降了80%。但由于栖息地和行为，山鸻很难研究。“它们会唱歌，会大声叫，但不会当着你的面。”Wunder说，在繁殖季节，它们喜欢自己的空间，每平方公里的密度只有三只左右。山鸻通常占据私人牧场，如果不闯入，很难找到它们。山鸻的繁殖期在三月下旬和四月，而鸟类调查（以统计迁徙鸣禽为时间）则在五月进行。

生物学家马丁·维克尔斯基(Martin Wikelski)为一只金刚鹦鹉安装ICARUS发射器。

长期以来，温德一直在努力了解山鸻是否遵循独特的、有组织的迁徙模式，或者来自不同地区的鸟类是否会在冬季群居在一起。他还想了解是什么驱使鸟类迁徙。“它们是在远离某个地方，还是在向别的地方飞去？”他问道。他还希望确定鸟类究竟在哪里遇到了麻烦。

在2022年国际空间站接收器失灵之前，ICARUS标签显示，鸻没有遵循固定的迁徙路线，而且全国各地的鸟类在冬天会混在一起。当几只发送信号的鸟死亡时，Wunder能够派遣研究人员前往它们所在地并发现死亡原因——捕食。这些鸟于2月开始返回科罗拉多州，Wunder急切地想知道哪些会回来——但随后俄乌战争开始了。“我们被切断了联系，没有更多信息。”他说。

怀俄明大学的生物学家埃伦·艾肯斯曾在马克斯·普朗克研究所从事动物迁徙方面的博士后研究，她认为ICARUS可以成为生态学和生物学领域的“民主化力量”。她说，这是一种公平竞争的方式，这样“那些预算较少或研究不太知名物种且资金支持较少的人就可以开始获得相同类型的信息，即关于这些动物迁徙方向的基线信息。”

在她的实验室里，艾肯斯正在使用德国公司e-obs生产的标签研究金雕。“这是鸟类研究中生物记录的黄金标准，如果你能负担得起，而且你的鸟足够大，可以携带变压器”——比如鹅、鹳和鹰。单个e-obs标签的价格超过1,500美元，并通过蜂窝网络工作，这意味着研究人员还必须在动物活着的时候支付数据传输费用。“如果你想获得一个可以发表研究成果的良好样本量，那么这笔费用很快就会累积起来，”艾肯斯说。“ICARUS标签便宜了一个数量级。”

艾肯斯认为，ICARUS将有助于改变科学家研究动物的方式。她说，我们的非人类邻居“可以测量地球的脉搏，成为变化的探测器，帮助我们了解环境的健康状况。当动物移动这么远的距离时，它们可以收集详细的环境信息，这些信息可以更好地为气候模型提供信息，并在难以监测的地方收集信息”，无论是在高空、深海还是厚厚的冰层下。

ICARUS标签由太阳能供电，而一些现有的标签系统则使用电池供电，电池可能会没电——这将终止对该个体的研究，或者需要重新捕获以更换电池。其他标签系统依靠经过信号塔的动物。它对某些动物有效，如鸟类和蝙蝠，但对其他动物无效。“因为ICARUS是卫星供电的，所以你不必等待你的动物回到电网并经过信号塔。”洛尔说。相反，每次卫星经过某个区域时，附近被标记动物的数据都会上传到开放访问数据库Movebank。

最终，研究人员希望ICARUS数据能够“帮助我们确定有效的保护策略”，Aikens说道。“它可以帮助我们确定景观中的瓶颈。”虽然这已经发生在一些物种身上，包括北美有蹄类动物，如麋鹿和叉角羚，研究人员多年来一直在追踪它们的迁徙，但对于地球上的大多数物种，“我们缺乏这些数据和广泛的信息覆盖范围，这使得这些精细的干预措施更难实现。ICARUS可以帮助填补很多空白。”

如果动物互联网能够聚焦特定问题，例如，一种鸟类因为其食用的某种昆虫被喷洒在某个地区的特定化学物质杀死而濒临灭绝。维克尔斯基认为，这些信息可以促使人们采取行动。“如果人们知道他们所做的事情确实有帮助，他们就会愿意为此做点什么。”他说。

目前，维克尔斯基仍在保持耐心。当我在7月初与他交谈时，他正在应对最新的障碍：卫星发射延迟，其中一个延迟是由于有效载荷问题，另一个是由于不合时宜的暑假导致延迟批准确保发射预订所需的3万美元付款。“我们的项目现在太小了，不是每个人都能接受的。”他说。

尽管如此，维克尔斯基还是充满希望。他的团队正在研究和完善压力最小的动物标记方法，甚至测试自动标记系统，比如用于鹿的标记系统，该系统需要舔盐和一根小橡皮筋。他对ICARUS的潜力仍然充满信心。

“我们认为生物学中一个真正重要的变革性方面是扩大标记范围。”他说，“所以你不只是标记一只动物，而是标记50或100只，或者你可以标记整个大陆。”在接下来的两年里，他计划在欧洲标记9,000只动物，包括黑鸟、暴风画眉、雨燕和麻雀，这项研究已经在进行中。他说，根据一般模式，这9,000只动物中大约有7,000只会在第一年死亡。“这意味着我们终于知道它们消失在哪里了。死亡陷阱在哪里？这些标签非常智能，它们可以告诉我们雌鸟是否在筑巢，以及鸟窝是否消失。因此，我们不仅可以获得有关成年鸟生活和死亡地点的信息，还可以了解成年鸟是否成功孵化或孵蛋？某个地区是否存在严重问题？然后我们可以将个体与种群联系起来，了解变化的驱动因素。”