Artenvielfalt Informatik

Artenvielfalt Informatik ist die Anwendung von Informatik Techniken zu Biodiversität Informationen, wie z. Taxonomie, Biogeographie oder Ökologie. Moderne Computertechniken können neue Möglichkeiten zum Betrachten und Analyse vorhandener Informationen sowie zukünftige Situationen ergeben (siehe Nischenmodellierung). Die Informatik der Biodiversität ist ein Begriff, der erst um 1992 geprägt wurde, aber mit rasant zunehmenden Datensätzen ist in zahlreichen Studien und Anwendungen wie der Konstruktion von nützlich geworden Taxonomische Datenbanken oder Geografisches Informationssystem. Die Informatik der Biodiversität steht im Gegensatz zu "Bioinformatik", was häufig synonym mit dem computergestützten Umgang mit Daten im speziellen Bereich von verwendet wird Molekularbiologie.

Überblick

Die Informatik der Biodiversität (unterschiedlich, aber mit Bioinformatik verbunden) ist die Anwendung von Informationstechnologiemethoden auf die Probleme des Organisierens, Zugriffs, Visualisierens und Analysen primärer Biodiversitätsdaten. Primäre Biodiversitätsdaten bestehen aus Namen, Beobachtungen und Aufzeichnungen von Proben sowie genetischen und morphologischen Daten, die mit einer Probe verbunden sind. Die Informatik der Biodiversität muss möglicherweise auch mit der Verwaltung von Informationen von unbenannten Taxa fertig werden, wie sie durch Umweltprobenahme und Sequenzierung von Mischfeldproben erzeugt werden. Der Begriff Biodiversitätsinformatik wird auch verwendet, um die abzudecken Rechenprobleme Spezifisch für die Namen biologischer Einheiten wie die Entwicklung von Algorithmen zur Bewältigung von Variantendarstellungen von Identifikatoren wie Artennamen und Autoritäten sowie der Mehrfachklassifizierungsschemata, in denen sich diese Entitäten gemäß den Präferenzen verschiedener Arbeitnehmer vor Ort befinden können sowie die Syntax und die Semantik, durch die der Inhalt in taxonomischen Datenbanken maschinell abfragt und interoperabel für die Artenvielfalt -Informatikzwecke gemacht werden kann ...

Geschichte der Disziplin

Es kann angenommen werden, dass die Biodiversitäts -Informatik mit dem Bau des ersten Computers begonnen hat Taxonomische Datenbanken In den frühen 1970er Jahren und durch die anschließende Entwicklung verteilter Suchinstrumente für die späten 1990er Jahre, einschließlich des Artenanalysters der Kansas University, dem nordamerikanischen Biodiversität Informationsnetz Nabin, Conabio in Mexiko, Inbio in Costa Rica und anderen,[1] die Gründung der Globale Informationseinrichtung für Biodiversität Im Jahr 2001 und die parallele Entwicklung einer Vielzahl von Nischenmodellierung und andere Tools zum Betrieb digitalisierter Biodiversitätsdaten ab Mitte der 1980er Jahre (z. B. siehe siehe [2]). Im September 2000 das US -amerikanische Journal Wissenschaft widmete eine Sonderausgabe "Bioinformatik für die biologische Vielfalt",[3] das Tagebuch Artenvielfalt Informatik Die Veröffentlichung im Jahr 2004 begann, und mehrere internationale Konferenzen in den 2000er Jahren haben die Informatik-Praktiker der Biodiversität zusammengebracht, darunter die London E-Biosphäre-Konferenz im Juni 2009. Eine Ergänzung zum Journal BMC Bioinformatics (Band 10 Suppl 14[4]) veröffentlicht im November 2009 befasst sich auch mit Informatik der Biodiversität.

Vorgeschichte des Begriffs

Nach der von Walter Berendsohn reproduzierten Korrespondenz,[5] Der Begriff "Informatik der Biodiversität" wurde 1992 von John Whiting geprägt, um die Aktivitäten eines Unternehmens zu behandeln Biodiversität Informationen mit Umweltökonomie und Geospatialinformationen in Form von Geographisches Positionierungs System und Gis. Anschließend scheint es jegliche obligate Verbindung mit der GPS/GIS -Welt verloren zu haben und mit dem computergestützten Management von Aspekten der Information von Biodiversität verbunden zu sein (z. B. siehe [6]))

Digitale Taxonomie (Systematik)

Globale Liste aller Arten

Ein Hauptziel für die Informatik der Biodiversität ist die Erstellung einer vollständigen Master -Liste von derzeit anerkannte Arten der Welt. Dieses Ziel wurde weitgehend von der erreicht Katalog des Lebens Projekt, das> 2 Millionen Arten in seiner jährlichen Checkliste von 2022 auflistet.[7] Eine ähnliche Anstrengung für fossile Taxa, die Paläobiologie -Datenbank[8] Dokumentiert über mehr als 100.000 Namen für fossile Arten aus einer unbekannten Gesamtzahl.

Genus- und Arten wissenschaftliche Namen als eindeutige Kennungen

Anwendung der Linnaean System der binomialen Nomenklatur für Speziesund Uninomials für Gattungen und höhere Reihen haben zu vielen Vorteilen, aber auch zu Problemen mit geführt Homonyme (Der gleiche Name wird für mehrere Taxa verwendet, entweder versehentlich oder legitim über mehrere Königreiche), Synonyme (Mehrere Namen für dasselbe Taxon) sowie gleichnamige Variantendarstellungen aufgrund orthografischer Unterschiede, geringfügigen Rechtschreibfehlern, Variationen in der Art des Zitats von Autorennamen und -daten und mehr. Darüber hinaus können Namen aufgrund der Änderung der taxonomischen Meinungen (z. zu den taxonomischen Konzepten der verschiedenen Autoren. Eine vorgeschlagene Lösung für dieses Problem ist die Verwendung von Lebenswissenschaftskennungen (IdentifikatorenLsids) für Kommunikationszwecke für Maschinenmaschine, obwohl es sowohl Befürworter als auch Gegner dieses Ansatzes gibt.

Eine Konsensklassifizierung von Organismen

Organismen können auf vielfältige Weise klassifiziert werden (siehe Hauptseite Biologische Klassifizierung), die Designprobleme für Informatiksysteme für biologische Vielfalt erzeugen, um entweder eine einzelne oder multiple Klassifizierung für die Bedürfnisse von Benutzern einzubeziehen, oder um sie zu einem einzigen "bevorzugten" System zu führen. Ob ein einzelnes Konsensklassifizierungssystem jemals erreicht werden kann[9] Dies wurde von einem veröffentlichten System abgelöst, das 2015 von M. Ruggiero und Mitarbeitern vorgeschlagen wurde.[10]

Biodiversitätskarten

Datenflussdiagramm für die Datenerfassung der Biodiversität. Shows: Sammler und Betreuer von Räumlich-zeitlich Artendaten und Arten von Daten, die in biologischen Vielfaltkarten verwendet werden. Individuelle Mitwirkende liefern Karten für Arten, gemeinsam Lebensräume für eine bestimmte Art und lokal Anpassung Information. Größere Organisationen liefern aggregiert Checklisten und Verteilungsinformationen von einzelnen Mitwirkenden sowie allen anderen Umfrage Daten aus Studien. Punktdatenbanken enthalten Punktdatensätze, die den genauen Standort, die Arten und Eigenschaften einer Sichtung beschreiben.
Eine Artenreichtationskarte ist eine Art von Biodiversitätskarte, die Farbe verwendet, um die Menge oder Dichte von Arten in einem Gebiet zu zeigen. Diese Karte zeigt die Zählungen von Vogelarten in ganz Amerika. Dunklere Blues repräsentieren reichere Bereiche.

Biodiversitätskarten bieten a kartografisch Darstellung räumlicher Biodiversitätsdaten.[11] Diese Daten können in Verbindung mit Spezies verwendet werden Checklisten helfen Erhaltung der biologischen Vielfalt Bemühungen. Biodiversitätskarten können dazu beitragen, Muster der Artenverteilung und Reichweite zu erkennen. Dies kann den Verlust der biologischen Vielfalt widerspiegeln, Lebensraumverschlechterung, oder Veränderungen in der Artenzusammensetzung. Kombiniert mit städtische Entwicklung Daten, Karten können das Landmanagement durch Modellierung von Szenarien informieren, die sich auf die biologische Vielfalt auswirken könnten.

Biodiversitätskarten können auf verschiedene Arten erzeugt werden: Traditionell wurden die Karten von Reichweite von Literaturberichten von Hand gezeichnet, aber zunehmend groß angelegte Daten, z. aus Bürgerwissenschaft Projekte (z. Inasalist) und digitalisierte Museumssammlungen (z. B. Vertnet) werden verwendet. Gis Werkzeuge wie Arcgis oder R Pakete wie DISMO können speziell helfen Modellierung der Artenverteilung (ökologische Nischenmodellierung) und sogar die Auswirkungen des ökologischen Wandels auf die biologische Vielfalt vorhersagen.[12] GBIF, Obis, und IUCN sind große webbasierte Repositories von Arten-räumlich-zeitlichen Daten, die viele bestehende Biodiversitätskarten beziehen.

Biodiversitätskarten Beschreibung Verknüpfung
Karte des Lebens (Mol) Eine skalierbare Webplattform, die auf große Artenvielfalt- und Umgebungsdaten ausgerichtet ist[13] Mol.org
Die Karte der biologischen Vielfalt Bedeutung Identifiziert Bereiche von biologischer Vielfalt, die für die Verhinderung des Aussterbens in den zusammenhängenden Vereinigten Staaten von entscheidender Bedeutung ist https://www.natureserve.org/map-biodiversity-importance
Biodiversitätskarten (Nationaler Biodiversitätsdatenzentrum) Ein Überblick über den Wissenszustand über die Verteilung der irischen Artenvielfalt https://maps.biodiversityireland.ie/
Natur retten Biodiversitätskarten, die Muster darstellen, um die Erhaltungsbemühungen zu leiten. https://savavingnature.com/our--iodiversity-maps/

Information der primären Biodiversität mobilisieren

"Primär" Biodiversitätsinformationen können als grundlegende Daten zum Auftreten und der Vielfalt von Arten (oder in der Tat an erkennbare Taxa) angesehen werden, die häufig in Verbindung mit Informationen über ihre Verteilung in Raum, Zeit oder beides sind. Solche Informationen können in Form von zurückgehaltenen Exemplaren und damit verbundenen Informationen erfolgen, beispielsweise wie in den Naturhistoriensammlungen von zusammengesetzt museums und Herbaria, oder als Beobachtungsaufzeichnungen, zum Beispiel entweder aus formalen Faunal- oder floristischen Umfragen von professionellen Biologen und Studenten oder als Amateur und anderen geplanten oder ungeplanten Beobachtungen, einschließlich derjenigen, die zunehmend unter den Geltungsbereich kommen Bürgerwissenschaft. Bereitstellung online, kohärenter digitaler Zugriff auf diese enorme Sammlung unterschiedlicher Primärdaten ist eine Kernfunktion für die Informatik der biologischen Vielfalt, die im Mittelpunkt der regionalen und globalen Artenvielfalt -Datennetzwerke steht, Beispiele für letztere einschließlich Obis und GBIF.

Als sekundäre Quelle für Biodiversitätsdaten relevant Wissenschaftliche Literatur kann entweder durch Menschen oder (potenziell) durch spezielle Informationsabrufalgorithmen analysiert werden, um die darin enthaltenen relevanten primären Informationsinformationen zu extrahieren, die darin enthalten sind, manchmal in aggregierter / zusammenfassender Form, jedoch häufig als primäre Beobachtungen in narrativer oder tabellischer Form. Elemente solcher Aktivitäten (wie z. Indexbegriffeusw.) werden seit vielen Jahren auf einem höheren Niveau von ausgewählter Ebene praktiziert akademische Datenbanken und Suchmaschinen. Für den Wert der maximalen Informatik des Biodiversitäts sollten jedoch die tatsächlichen primären Vorkommensdaten idealerweise abgerufen und dann in standardisierter Form oder Formulare verfügbar gemacht werden. Zum Beispiel beide die Plazi und Inotaxa -Projekte verändern die taxonomische Literatur in Xml Formate, die dann von Client-Anwendungen gelesen werden können, die ersteren mit Taxonx-XML verwenden können[14] und letztere verwenden das Steuerformat. Das Biodiversität Heritage Library macht auch erhebliche Fortschritte in seinem Ziel, wesentliche Teile der taxonomischen Literatur außerhalb des Copyright zu digitalisieren, die dann unterzogen wird optische Zeichenerkennung (OCR), um die weitere Verarbeitung mithilfe von Informatik -Tools für biologische Vielfalt zugänglich zu machen.

Standards und Protokolle

Gemeinsam mit anderen datenbezogenen Disziplinen profitiert die Informatik der Biodiversität von der Einführung angemessener Standards und Protokolle Um die maschinelle Maschinenübertragung und Interoperabilität von Informationen in seiner jeweiligen Domäne zu unterstützen. Beispiele für relevante Standards sind die Darwin Core Xml Schema Für die von 1998 entwickelten Proben- und Beobachtungsbasis-biologischen Vielfaltdaten sowie Erweiterungen des gleichen taxonomischen Konzepttransferschemas,[15] Plus -Standards für strukturierte beschreibende Daten,[16] und Zugang zu biologischen Sammlungsdaten (ABCD);[17] Während Datenabruf- und Transferprotokolle Digir (jetzt größtenteils ersetzt) ​​und Tapir (TDWG Access Protocol zum Abrufen von Informationen) umfassen.[18] Viele dieser Standards und Protokolle werden derzeit aufrechterhalten, und ihre Entwicklung überwacht durch Informationsstandards der Biodiversität (TDWG).

Aktuelle Aktivitäten

Auf der E-Biosphere-Konferenz 2009 in Großbritannien,[19] Die folgenden Themen wurden übernommen, was auf ein breites Spektrum der aktuellen Aktivitäten zur Informatik der Artenvielfalt hinweist und wie sie kategorisiert werden könnten:

  • Anwendung: Naturschutz / Landwirtschaft / Fischerei / Industrie / Forstwirtschaft
  • Anwendung: Invasive außerirdische Arten
  • Anwendung: Systematische und evolutionäre Biologie
  • Anwendung: Taxonomie- und Identifikationssysteme
  • Neue Tools, Dienste und Standards für Datenverwaltung und Zugriff
    • Neue Modellierungswerkzeuge
    • Neue Tools für die Datenintegration
    • Neue Ansätze zur biologischen Vielfaltinfrastruktur
    • Neue Ansätze zur Artenidentifikation
    • Neue Ansätze zur Kartierung der biologischen Vielfalt
  • Nationale und regionale Biodiversitätsdatenbanken und Netzwerke

Ein Postkonferenz-Workshop von Schlüsselpersonen mit aktuellen Funktionen für signifikante Biodiversitätsfunktionen führte ebenfalls zu einer Workshop-Lösung, die unter anderem die Notwendigkeit betonte, dauerhafte, globale Register für die Ressourcen zu schaffen, die für die biologische Vielfaltinformatik von grundlegender Bedeutung sind (z. B. Repositories, Sammlungen, Kollektionen, Kollektionen ); Vervollständigen Sie den Bau einer soliden taxonomischen Infrastruktur; und erstellen Ontologien für Biodiversitätsdaten.[20]

Beispielprojekte

Global:

Regionale / nationale Projekte:

  • Fauna Europaea
  • Atlas von Living Australia
  • Pan-Europäische Artenverzeichnisse Infrastruktur (Pesi)
  • Symbiota
  • IDIGBIO, Integrierte digitalisierte Biokollektionen (USA)
  • I4Life -Projekt
  • Sistema de Información Sobre Biodiversidad de Kolumbien
  • Indien Biodiversity Portal (IBP)
  • Bhutan Biodiversity Portal (BBP)
  • Unkrautidentifikation und Wissen im westlichen Indischen Ozean (Wikwio)
  • LifeWatch wird von ESFRI als Pan-European Research (E-) Infrastruktur zur Unterstützung der biologischen Vielfaltforschung und der Politikgestaltung vorgeschlagen.

Eine Auflistung von über 600 aktuellen Aktivitäten zur Informatik der biologischen Vielfalt finden Sie in der Datenbank "Biodiversity -Informationsprojekte der Welt" der Welt.[21]

Siehe auch

Verweise

  1. ^ Krishtalka L, Humphrey PS (2000). "Können Naturgeschichte Museen die Zukunft fangen?". Bioscience. 50 (7): 611–617. doi:10.1641/0006-3568 (2000) 050 [0611: CNHMCT] 2.0.co; 2; 2; 2;.
  2. ^ Peterson at, Vieglais D (2001). "Vorhersage von Arteninvasionen mit ökologischer Nischenmodellierung: Neue Ansätze aus der Bioinformatik greifen ein dringendes Problem an" (PDF). Bioscience. 51 (5): 363–371. doi:10.1641/0006-3568 (2001) 051 [0363: Psiuen] 2.0.co; 2; 2; 2;.
  3. ^ "Bioinformatik für die biologische Vielfalt?". Wissenschaft. 289: 2229–2440. 2000.
  4. ^ "Informatik der Biodiversität". BMC Bioinformatics. 10 Suppl 14. 2009. archiviert von das Original Am 2010-01-27. Abgerufen 2009-11-15.
  5. ^ ""Informatik der Biodiversität", der Begriff ". Abgerufen 2009-08-06.
  6. ^ Bisby FA; et al. (2000). "Die ruhige Revolution: Informatik der Biodiversität und das Internet". Wissenschaft. 289 (5488): 2309–2312. Bibcode:2000Sci ... 289.2309b. doi:10.1126/science.289.5488.2309. PMID 11009408. S2CID 31852825.
  7. ^ "Katalog des Lebens - 2016 jährliche Checkliste: Die jährliche Checkliste 2016". www.catalogueoflife.org. Abgerufen 2021-09-08.
  8. ^ "Die Paläobiologie -Datenbank". Abgerufen 2009-08-06.
  9. ^ "Auf dem Weg zu einer Managementhierarchie (Klassifizierung) für den Katalog des Lebens. Entwurfsdiskussionsdokument von Dr. Dennis P. Gordon, Mai 2009". Archiviert von das Original am 2009-08-08. Abgerufen 2009-08-06.
  10. ^ Ruggiero, M. A.; Gordon, D.P.; Orrell, T.M.; Bailly, N.; Bourgoin, T.; Brusca, R.C.; et al. (2015). "Eine höhere Klassifizierung aller lebenden Organismen". PLUS EINS. 10 (4): E0119248. Bibcode:2015PLOSO..1019248R. doi:10.1371/journal.pone.0119248. PMC 4418965. PMID 25923521.
  11. ^ "Biodiversitätskarten: Daten in visuelle Tools in eine sinnvolle Wirkung für die Erhaltung der biologischen Vielfalt umwandeln -". 2016-11-30. Abgerufen 2022-05-05.
  12. ^ Elith, Jane; Franklin, Janet (2013), "Artenverteilung Modellierung", Enzyklopädie der biologischen VielfaltElsevier, S. 692–705, doi:10.1016/b978-0-12-384719-5.00318-x, ISBN 978-0-12-384720-1, S2CID 82987545, abgerufen 2022-05-05
  13. ^ Jetz, Walter; McPherson, Jana M.; Guralnick, Robert P. (2012). "Integration der Verbreitung von Biodiversität: auf eine globale Karte des Lebens" in Richtung einer globalen Karte des Lebens ". Trends in Ökologie und Evolution. 27 (3): 151–159. doi:10.1016/j.tree.2011.09.007. PMID 22019413.
  14. ^ "Taxonx". SourceForge. Abgerufen 2021-09-08.
  15. ^ "Taxonomisches Konzepttransferschema (TCS)". 30. Januar 2021.
  16. ^ "Strukturierte beschreibende Daten". 21. Juni 2021.
  17. ^ "Zugriff auf biologische Sammlungsdaten (ABCD)". 28. Oktober 2020.
  18. ^ "Github - TDWG/TAPIR: TDWG Access Protocol für Informationsabruf (Tapir)". GitHub. 16. Juni 2020. Abgerufen 2021-09-08.
  19. ^ http://www.e-biosphere09.org/
  20. ^ "Archivierte Kopie" (PDF). www.e-biosphere09.org. Archiviert von das Original (PDF) am 26. Februar 2012. Abgerufen 12. Januar 2022.{{}}: CS1 Wartung: Archiviertes Kopie als Titel (Link)
  21. ^ "Archivierte Kopie". www.tdwg.org. Archiviert von das Original am 14. Juli 2009. Abgerufen 12. Januar 2022.{{}}: CS1 Wartung: Archiviertes Kopie als Titel (Link)

Weitere Lektüre

Externe Links