AI ontcijfert 8 miljoen herbariumplanten en onthult klimaatverandering in de tropen

Duizenden jaren aan planten, eindelijk doorzoekbaar

Al eeuwenlang persen en drogen wetenschappers plantjes en paddenstoelen om ze te bewaren in herbaria: archieven vol opgedroogd plantmateriaal. Van de naar schatting 145 miljoen van dat soort specimens wereldwijd zijn er inmiddels miljoenen gefotografeerd en online gezet, verspreid over meer dan 170 instituten in 40 landen. Die digitale bibliotheek vormt de basis van een nieuw rapport van de Britse Kew Gardens over de staat van de wereldwijde plantenwereld, met bijdragen van vierhonderd onderzoekers uit veertig landen, onder wie wetenschappers van de Noorse technische universiteit NTNU.

Postdoctoraal onderzoeker David Williamson en hoogleraar plantenecologie James Speed, beiden verbonden aan het universiteitsmuseum van NTNU in Trondheim, trainden samen met botanici een deep-learningmodel om op foto's van gedroogde planten te herkennen of een exemplaar in bloei stond op het moment dat het werd verzameld. Dat model lieten ze los op acht miljoen specimens van tweehonderdduizend soorten. Het resultaat: werk waar een mens ongeveer 40.000 uur mee bezig zou zijn geweest — zo'n twintig volledige werkjaren — deed het algoritme in een week.

Grootste verschuiving niet in het noorden, maar in de tropen

Uit de analyse blijkt dat bloeitijden wereldwijd de afgelopen eeuw gemiddeld 2,5 dag per decennium zijn verschoven, zowel naar vroeger als naar later in het jaar. Opvallend genoeg zijn de veranderingen het grootst in de tropen, terwijl de temperatuur juist het hardst stijgt in de gebieden rond de Noordpool. Speed verklaart dat in tropische streken bloei sterker samenhangt met regenval dan met temperatuur. Doordat het klimaat verandert, valt het regenseizoen daar soms vroeger, soms later, en in sommige jaren blijft het bijna uit.

Die verschuiving is meer dan een curiositeit. Wanneer planten eerder of later bloeien dan gebruikelijk, kan dat uit de pas gaan lopen met de insecten die ze bestuiven. Zo'n mismatch werkt door in de rest van het ecosysteem, tot aan insectenetende vogels en de voedselproductie voor mensen aan toe.

Ook een wapen tegen het uitsterven van soorten

De onderzoekers zien nog meer mogelijkheden voor AI-gestuurde wetenschap in de strijd tegen biodiversiteitsverlies. Van fungi is meer dan 90 procent van alle soorten nog niet in kaart gebracht, en officieel zijn pas duizend plantensoorten uitgestorven verklaard — het werkelijke aantal ligt vermoedelijk veel hoger. Door miljoenen oude herbariumspecimens doorzoekbaar en machineleesbaar te maken, kunnen onderzoekers sneller zien welke plekken op aarde nog onvoldoende onderzocht zijn en waar veldwerk het hardst nodig is. Statistische modellen kunnen bovendien inschatten hoe waarschijnlijk het is dat een soort al is uitgestorven, in plaats van simpelweg nog niet ontdekt.

Toch waarschuwen de betrokken wetenschappers voor te veel optimisme. Minder dan 16 procent van alle herbariumspecimens ter wereld is digitaal beschikbaar, en juist in soortenrijke landen zijn collecties vaak onderbemand en niet aangesloten op internationale databases. Taxonoom Martin Cheek van Kew Gardens noemt het potentieel van AI enorm, maar benadrukt dat menselijke experts nodig blijven om namen te controleren. Williamson sluit zich daarbij aan: een model is volgens hem net zo goed als de data waarmee het is getraind, en klimaat-AI denkt niet voor onderzoekers — het is een hulpmiddel, geen vervanging.