Newswise — 多样化的生态系统支撑着生命之网，并在此过程中为人类提供食物、水、药品和材料。但蝴蝶效应告诉我们，万物都是相互联系的。那么，当生物多样性的丧失威胁到我们赖以生存的基础时，这对地球和人类的未来意味着什么?
目前，超过100万个物种濒临灭绝，这主要是由于栖息地的破坏，特别是森林转为农业，以及狩猎和捕鱼等过度开发。由于挑战的严重性，全球已经达成共识，迫切需要制定更好的方法来绘制和监测大规模的生物多样性图，就像我们为气候变化所做的那样。
在最近发布的一项史无前例的研究中，NAU研究教授克里斯·哈肯伯格说明了如何利用最先进的技术来减轻全球生物多样性丧失的影响：通过使用美国宇航局的全球生态系统动力学调查星载激光雷达监测美国各地的生物多样性 - 一种安全，不可见的激光，可以从国际空间站检测3D森林结构。
这项研究的灵感来自协调一致的国际努力，包括《生物多样性公约》呼吁科学家探索利用卫星遥感来监测全球生物多样性的趋势。逻辑很简单：如果可以准确地绘制出地球森林的生物多样性，并且随着时间的推移，生物多样性趋势变得明显，研究人员和政策制定者就可以利用这些数据来帮助制定缓解措施。然而，关键是要使这些地图尽可能准确。
以前关于该主题的研究使用卫星图像来粗略地了解森林的位置，进而预测物种可能的位置。然而，这种观点是二维的，只显示了森林树冠的顶部，而对下面发生的事情——地面植物、哺乳动物和鸟类的栖息地——知之甚少。Hakkenberg的研究表明，超越这种简单的鸟瞰图，使用森林的整个3D结构来预测植物和动物的栖息地是可能的。
“我们正在使用美国宇航局的全球生态系统动力学调查星载激光雷达来估计森林的整个3D结构，然后我们可以用它来预测其中包含的生物多样性，”他说。GEDI向地球表面发射不可见的激光脉冲，并且像雷达一样，跟踪激光发射和返回之间的时间差，以测量这些感应物体的距离。“这意味着我们不仅可以测量树的高度，还可以清楚地了解树枝、树叶和针叶从地面到树冠顶部的整个垂直分布。”
由于森林结构与不同树种的大小和形态的变化有关，Hakkenberg及其同事能够使用这些森林结构的3D波形剖面来模拟树木结构与树木生物多样性之间的关系，这些关系是用美国国家生态观测网络的实地数据测量的。
“虽然在过去十年中，国际研究界对生物多样性与结构关系的关注一直在增长，但它通常侧重于树种多样性，因为树木构成了森林的基本组成部分，并且足够大，可以从太空中探测到，”哈肯伯格说。“但是，我们的发现真正有趣的是，这些生物多样性结构关系也延伸到植物生物多样性。尽管我们不能从星载平台上直接探测到单个地面植物，但我们可以通过周围树木的3D特征来预测这些植物的多样性。
这些相同的关系可用于预测鸟类和树栖哺乳动物的栖息地，这些鸟类和树栖哺乳动物都需要不同的森林结构类型。
未来几年，越来越多的来自飞机和星载传感器的遥感数据将与实地观测相结合，为科学家提供在全球范围内监测生物多样性的有效方法。通过这些详细的地图，可以更多地了解生物多样性的丧失，从而将减缓并最终阻止它的努力转移到何处。
Hakkenberg 和他来自信息学、计算和网络系统学院的同事，包括研究助理 Pat Burns;研究教授帕特里克·詹茨和扎内塔·卡斯塔;摄政大学的教授斯科特·戈茨;研究生科林·奎因和梅丽莎·罗斯对他们的发现感到兴奋。他们希望这项研究通过采用最先进的NASA技术来推动大陆规模的生物多样性研究，并引起人们对生物多样性丧失的更多关注。
“我们迫切需要设计更好的方法来绘制和监测大规模的生物多样性，就像我们为气候变化所做的那样，”哈肯伯格说。“这项研究是更大努力的一部分，让我们有机会在为时已晚之前解决这些问题。
