바다에서 도청하는 사람들

과학자들은 오랫동안 바다의 소리에 귀를 기울였지만, 새로운 기술은 파도 아래에 있는 생명체에 대한 훨씬 더 복잡한 그림을 짜맞추는 데 도움이 되고 있습니다. 수면 아래에서 소동이 바다를 채웁니다. 셀 수 없이 많은 종의 딸깍거리는 소리, 끙끙대는 소리, 짖는 소리가 바다의 소리풍경을 이루는데, 이는 인간이 종종 인지하지 못하는 합창입니다. 아래에서 연구원들이 해양 생물로 만든 녹음을 통해 이들 중 일부를 직접 들을 수 있습니다.

소리는 많은 해양 동물에게 필수적이며 바다에서 생존하기 위해 사용하는 주요 도구 중 하나입니다. 빛은 수면 아래 몇백 피트 아래에 도달하지만 소리는 공기 중에서보다 물 속에서 훨씬 더 멀리 그리고 더 빠르게 이동할 수 있습니다. 일부 소리 , 특히 고래가 내는 소리와 같은 저주파 소리는 전체 해역을 가로질러 수천 킬로미터를 이동하는 광대한 거리를 커버할 수 있습니다 .

과학자들은 해양 종의 10%만이 발견되었으며 약 200만 종은 발견되지 않은 것으로 믿고 있습니다.

바다는 세계 표면의 거의 2/3를 덮고 있으며 우리가 숨쉬는 공기 와 먹는 음식 에서 날씨와 기후 패턴 에 이르기 까지 지구상의 생명체를 지원하는 데 중요한 역할을 합니다 . 그러나 해양 생물에 대한 우리의 지식에는 여전히 큰 격차가 있습니다. 과학자들은 해양 종의 10%만이 발견되었으며 약 200만 종은 발견되지 않은 것으로 믿고 있습니다 .

그러나 우리가 새로운 종을 발견하더라도 남획, 오염 및 기후 변화 로 인해 해양 생물이 손상되고 있습니다 . 해양 생물에 대한 지식 부족은 이 해양 생물 다양성을 복원하는 데 가장 큰 장벽 중 하나로 간주됩니다 .

최근 몇 년 동안 신기술, 특히 인공 지능을 통해 연구자들은 이전에는 없었던 방식으로 바다의 노래를 들을 수 있게 되었습니다. 이미 알려진 종의 기록은 기후 변화 및 기타 인간 영향 으로 인한 해양 생태계의 변화를 모니터링하는 데 도움이 됩니다 . 한편, 나머지는 아직 확인되지 않았습니다. 새로운 수중 생물종은 항상 발견되고 있으며 해양 공동체와 지구상의 모든 생명체에 필수적인 생물다양성에 대한 귀중한 정보를 제공합니다.

이 작품에서 BBC Future Planet은 파도 밑에서 녹음된 가장 매혹적인 녹음을 탐구하고 여러분이 직접 들을 수 있도록 합니다.

 

소리의 폭발

알려진 거의 250,000종의 해양 종 중에서 과학자들은 모든 완전 수생 해양 포유류가 소리를 낼 뿐만 아니라 적어도 100종의 무척추동물과 1,000종의 어류가 소리를 낸다고 생각합니다.

물고기와 무척추동물은 기본적인 생명 기능을 위해 소리를 사용합니다. 소리를 사용하여 건강한 암초로 안내하는 작은 굴 유충을 예로 들어 보겠습니다 . 한편 고래류(고래, 돌고래, 알락돌고래)는 길을 찾고, 서로 의사소통하고, 짝짓기를 하는 데 도움이 되는 다양하고 복잡한 소리를 사용하도록 수백만 년에 걸쳐 진화했습니다 .

Steve Simpson 연구원은 암초가 죽기도 하고 회복하기도 한다고 말했습니다(Credit: Tim Lamont).

수중 청음기로 알려진 수중 녹음기는 연구원들에게 세계에서 가장 어두운 해양 환경에서 생명을 모니터링할 수 있는 저비용 비침습적 방법을 제공합니다. 수중 청음기는 한 번에 며칠 또는 몇 주 동안 배치할 수 있어 과학자들이 해양 생물의 행동, 움직임 및 환경 변화에 대한 반응을 실시간으로 볼 수 있습니다.

"잠수할 때 집중하면 주변의 모든 동물 소리를 들을 수 있습니다." 영국 브리스톨 대학교의 해양 생물학 및 글로벌 변화 교수인 Steve Simpson은 말합니다. "그러나 수중 마이크를 암초에 넣으면 살아나서 완전히 새로운 차원을 제공합니다."우선 수중청음기는 엄청나게 비쌌지만 지난 10년 동안 가격이 떨어졌고 연구자들이 20~30개의 수중청음기를 보유하는 것이 가능해졌다고 Simpson은 말합니다. 현재 전 세계 바다에는 수천 개의 수중 기록 장치가 있습니다. 그리고 올해는 세계 최초로 수중 음향 녹음 분야에서 공동 작업을 했습니다.

6월 8일, 전 세계의 과학자들이 세계 해양 수동 음향 모니터링의 날을 맞아 수중 음향에 대한 글로벌 연구에 참여했습니다 . 연구원들은 250개 이상의 사이트에서 오디오를 비교하여 한 순간에 전 세계 바다 소리의 스냅샷을 만들었습니다.

또한 심슨이 처음으로 바다 소리를 듣기 시작한 이후 수십 년 동안 다른 감각 연구의 "골드 러시"가 있었다고 연구원들은 수중 생물이 냄새와 자기에서 태양 및 달 나침반에 이르기까지 모든 것을 사용하여 세상 을 탐색 하는 방법 을 관찰 했습니다 .

 

암초의 소리

생명이 가득한 건강한 산호초는 바다에서 가장 시끄러운 곳 중 하나입니다. 다양한 생물이 내는 소리의 유무를 들으면 그것이 건강한지 저하되었는지를 알 수 있습니다. "암초의 소리를 들을 때 동시에 많은 종의 소리를 듣습니다. 종종 우리가 볼 수 없는 동물입니다."라고 Simpson은 말합니다. "사운드스케이프는 생물 다양성을 측정할 수 있는 정말 강력한 방법인 종의 음향 기록입니다."

위의 건강한 암초 녹음은 2015-16년에 그레이트 배리어 리프의 많은 부분이 죽었을 때 사라진 건강한 암초를 정의하는 소리인 새우 딱딱 소리로 가득합니다 .

Simpson은 25년 전부터 산호초 물고기의 수명 주기를 연구하기 시작했습니다. "우리가 몰랐던 것이 많다는 것이 밝혀졌습니다."라고 그는 말합니다.

예를 들어 성체 산호초 물고기는 암초에 살지만 외해에서 자라는 알과 유충을 생산합니다. 그런 다음 유충은 산호초 서식지로 돌아갑니다 . 종종 그들이 시작한 동일한 산호초입니다. "문제는 어떻게? 암초를 집으로 삼고 싶은 장소와 시기를 선택할 수 있는 어떤 종류의 감각 세계에 살고 있는가 하는 것입니다. 그것은 3주 된 동물에게 약간의 큰 질문입니다." 심슨은 말한다.

인공 지능이 움직이고 있는 엄청난 속도는 병목 현상인 데이터 처리를 제거하고 연구자들이 더 많은 수중 청음기로 수집한 훨씬 더 많은 샘플을 분석할 수 있게 합니다.

Simpson은 그의 팀이 암초가 죽었다는 소리를 들었지만 회복하기도 했다고 말합니다 .

"건강하고 활기찬 환경은 조용해지기 시작합니다. 때로는 변화를 보기도 전에 말입니다."라고 그는 말합니다. "당신은 그들이 내부에서 죽어가는 소리를 듣고 있습니다. 그리고 나서 당신은 더 분명하고 밝고 다채로운 동물들이 쇠퇴하는 것을 볼 수 있습니다... 우리가 해양 보호 구역을 설정하는 곳에서 우리는 커뮤니티가 돌아오는 소리를 듣습니다 . 우리는 암초의 활기가 돌아오는 소리를 듣습니다. "

Damselfish는 또한 대부분의 산호초에서 널리 퍼져 있으며 건강한 산호초와 손상된 산호초 모두에 대한 지표 종으로 사용됩니다. 특히 다양한 종류의 담셀피시에서 들리는 다양한 소리는 생태계의 건강에 대해 많은 것을 알려줄 수 있습니다.

"도미나 그루퍼와 같은 중간 포식자의 남획은 초식성 담셀피어의 개체수를 증가시키는 반면, 일부 초식성 암셀피시 종은 해조류 정원을 키우기 위해 적극적으로 산호를 죽일 것입니다."라고 Munger는 말합니다. 너무 많은 초식성 담셀피시 소리가 들리면 과학자들은 산호초에 문제가 있다고 말할 수 있습니다.

 

해양 언어

과학자들은 또한 단일 종의 다양한 소음을 그들의 존재뿐만 아니라 특정 행동과 연결할 수 있었습니다.

아래의 기록은 프랑스령 폴리네시아의 무레아에 있는 암초에서 자신의 말미잘을 보호하는 우세한 암컷 흰동가리의 공격적인 영역 표시입니다.

"암초의 소리를 들으면서 그들의 언어를 풀 수 있다는 것을 깨달았습니다."라고 Simpson은 말합니다. "우리는 흰동가리가 서로를 돌보고, 때리고, 짝을 유인하고, 새끼를 돌보기 위해 사용하는 음향 언어를 해독하기 위해 흰동가리에 집중해 왔습니다." 과학자들은 또한 소리를 들음으로써 암셀피시의 복잡한 행동에 대해 많은 것을 배웠는데, 이는 암셀피시가 지표 종으로 사용하는 데 도움이 되는 또 다른 요소입니다.

아래 클립의 소리는 수컷 담셀피시의 구애 표시와 관련된 펄스 트레인이라고 합니다. damselfish의 한 종인 sergeant major는 인두 이빨을 서로 부딪쳐서 소리를 내고 그 결과 소리는 부레에 의해 공명된다고 비영리 Conservation Metrics의 해양 음향 분석가인 Jill Munger는 말합니다 . 이것은 일반적으로 공격적인 행동 및 둥지 방어와 관련된 팝 및 클릭을 생성합니다.

둥지를 틀고 있는 상사 소령은 탁 트인 암초에 알을 낳은 다음 이러한 "쿵쾅거리는 소리와 공격적인 추격"으로 근처에 오는 모든 것을 공포에 떨게 한다고 Simpson은 말합니다. 시간이 지남에 따라 같은 서식지에 귀를 기울이는 것도 담셀피시의 주기적인 행동을 드러내고 있습니다. "우리는 낮과 밤의 주기가 있고 새벽과 황혼의 합창이 있다는 것을 깨달았습니다 ."라고 Simpson은 말합니다. 물고기는 먹이를 먹는 동안 무리를 지어 다니다가 밤에 흩어져 야행성 포식자로부터 숨습니다.

 

풍부한 해양 데이터

수중 청음기는 과학자들이 수십 년 동안 위와 같은 소리를 녹음하는 데 사용했지만 이제 인공 지능은 엄청난 양의 데이터를 순식간에 분석할 수 있습니다.

"우리는 더 이상 학생들이 헤드폰을 끼고 앉아 녹음을 듣고 감지한 것을 기록하는 위치에 있지 않습니다."라고 Simpson은 말합니다. "머신 러닝을 통해 우리는 10년간의 데이터 또는 특정 시점의 전 세계 녹음을 동시에 들을 수 있습니다."

따라서 인공 지능의 놀라운 속도는 병목 현상인 데이터 처리를 제거하고 연구자들이 더 많은 수중 청음기로 수집한 훨씬 더 많은 샘플을 분석할 수 있게 해준다고 Munger는 덧붙입니다. "더 많은 악기를 물에 담을수록 더 다양한 장소에서 더 오랜 기간 동안 더 많은 녹음을 수집할 수 있습니다."라고 그녀는 덧붙였습니다. 그 어느 때보다 연구합니다.

연구원들은 또한 AI를 사용하여 실시간으로 녹음을 라이브 스트리밍하고 분석하는 방법을 모색하고 있다고 Simpson은 말합니다.

우리는 인간이 행동을 바꿀 때 어떤 일이 일어나는지 들었습니다. 우리는 서식지를 복원할 때 어떤 일이 일어나는지 들었습니다 – Steve Simpson

Hawai'i Institute of Marine Biology의 박사 과정 학생인 Annie Innes-Gold는 하와이 주변 바다에서 어류 음향 데이터를 수집합니다. 그녀는 온도 변화나 영양분 변동과 같은 환경 변수가 식생 패턴과 어류 개체수에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 조사하고 있습니다.

이를 위해 Innes-Gold는 오아후 섬의 바람이 불어오는 쪽에 있는 Kāne'ohe Bay에 콘크리트 블록으로 만든 3개의 인공 암초를 건설했습니다. 그녀는 수중 청음기와 AI를 사용하여 소리를 듣습니다.

"저는 수중청음기를 한 달 동안 그대로 두고 모든 시간 동안 소리를 녹음합니다."라고 그녀는 말합니다. "그런 다음 그것들을 집어 들고 데이터를 오프로드합니다. 물리적으로 존재하지 않고도 더 많은 정보를 얻을 수 있는 방법입니다."

애니 이네스-골드(Annie Innes-Gold)는 하와이 주변 바다에서 그녀가 식별할 수 없는 여러 "신비한 물고기"를 들은 물고기 음향 데이터를 수집합니다(제공: 애니 이네스 골드)

Conservation Metrics의 Munger는 AI를 사용하여 Innes-Gold의 소리를 분석합니다. 처음에 그녀는 교육 데이터 로 소리의 일부만 입력합니다 . 그런 다음 AI는 이로부터 듣고 있는 내용을 학습하고 한 달 또는 그 이상의 녹음에서 유사한 소리를 식별합니다.

AI는 또한 스펙트로그램을 사용하여 소리의 시각적 표현을 계산할 수 있다고 Munger는 말합니다. 아래 비디오에서 이 내용을 보고 들을 수 있습니다. 스펙트로그램은 사운드의 피치로 생각할 수 있는 (수직) y축에 주파수를 표시하고 사운드의 길이를 나타내는 (수평) x축에 시간을 표시합니다. 소리의 에너지 또는 크기는 색상의 밝기로 표현됩니다.

"사운드를 스펙트로그램으로 변환하면 이미지 분류 기계 학습 모델을 사용하여 모든 녹음을 수동으로 듣는 것보다 훨씬 더 큰 데이터 세트를 분석할 수 있습니다."라고 Munger는 말합니다.

 

미지의 깊이

위의 스펙트로그램은 "신비한 물고기"입니다. 즉, Munger가 식별할 수 없었음을 의미합니다. 그것은 알려진 물고기 종일 수도 있고 과학에 새로운 종일 수도 있고 전혀 물고기가 아닐 수도 있습니다. 그것이 무엇이든 Innes-Gold의 연구 사이트 중 한 곳에서는 매우 일반적이지만 근처의 다른 사이트에서는 그렇지 않습니다. Innes-Gold의 많은 녹음은 미스터리 종입니다. 

"음향 연구의 미지의 소리 부분은 정말 모두가 부딪히는 어려운 문제입니다."라고 Munger는 말합니다.

그러나 정보를 공유함으로써 퍼즐을 맞추는 것이 훨씬 더 쉽다고 그녀는 말합니다.

Innes-Gold의 녹음은 해양 사운드스케이프에 대한 글로벌 정보를 수집하도록 설계된 오픈 액세스 온라인 플랫폼인 글로벌 수중 생물학적 소리(Glubs) 라이브러리 의 일부가 될 것입니다 . 이 도서관은 연구원들이 데이터를 공유하고 전 세계의 기록을 비교할 수 있도록 합니다.

또 다른 수수께끼는 "계단식 톱"의 트럼펫 소리가 Innes-Gold의 사이트 중 하나와 하와이의 비교 사이트에서 믿을 수 없을 정도로 많다는 것입니다. 그것은 또한 팔미라 환초와 아마도 홍해에서 믿을 수 없을 정도로 다작입니다. "물고기일 ​​수도 있지만 우리는 모릅니다."라고 Munger는 말합니다. "물고기라면 새로운 소리 생성 메커니즘이 될 수 있습니다."

Munger는 Palmyra Atoll에서 계단식 톱 소리의 수천 가지 예를 확인했습니다.

"그것은 무엇이며 한 장소에서 무엇을 하고 있습니까? 산란 집단이었습니까? 연중 내내 거기에 있습니까? 희귀종입니까 일반 종입니까, 작은 종입니까 아니면 큰 종입니까? 이것은 일어나기를 기다리는 발견입니다. "

 

시끄러운 경쟁

위의 예와 같은 수동 음향 모니터링은 수중 시스템 샘플링을 위한 효과적인 비침습적 기술인 것으로 나타났 으며 특히 깊고 어둡고 혼탁하고 빠르게 변화하는 위치 또는 원격 위치에서 유용합니다. 그러나 인위적 소음 으로 인해 해양 동물의 소리를 듣는 것이 점점 더 어려워지고 있습니다 ( 해양 소음 문제를 해결할 수 있는 방법에 대해 자세히 알아보기 ) .

그럼에도 불구하고 생태계가 위기에서 회복되는 것을 목격한 Simpson은 희망적입니다.

"우리는 인간이 행동을 바꿀 때 어떤 일이 일어나는지 들었습니다. 우리가 서식지를 복원할 때 어떤 일이 일어나는지 들었습니다. 우리는 두려워할 필요가 없는 미래를 엿볼 수 있었습니다."