基于人工智能的分析揭示了海洋食草动物对鳗草病传播的影响

鳗草是一种在世界各地温带地区发现的开花海草，为许多物种提供栖息地，保护海岸线，改善水质，固碳并支持渔业经济。作为高效海洋食物网的基础，鳗鱼草的健康至关重要，但也很神秘

长期以来，科学家们一直在研究陆生无脊椎动物食草动物，如昆虫（蚜虫、甲虫）和腹足类动物（蜗牛、蛞蝓），如何经常充当媒介，通过它们的进食活动传播植物疾病，并经常在植物表面造成伤口，使病原体更容易进入。但是，这是如何工作的，以及这个问题有多严重，在海洋的水下研究起来更加困难

在两篇新论文中，康奈尔大学植物食草动物专家和康奈尔大学计算可持续性研究所的研究人员联手展示了像海螺这样的食草动物对海草消耗疾病传播的重大影响。小型食草动物的放牧与疾病患病率增加29%有关，这导致了从圣地亚哥到阿拉斯加的草地地区的巨大损失

这两篇论文分别是“无脊椎动物食草动物影响海草枯萎病动态”和“东北太平洋无脊椎动物放牧导致海草枯萎病患病率和病变面积增加”，前者发表在2024年12月的《生态学》杂志上，后者发表在2025年1月的《生物学》杂志上

这项研究汇集了生态学和进化生物学系海洋生态学荣誉退休教授Drew Harvell的工作；奥利维亚·格雷厄姆，海洋疾病生态学家，生态与进化生物学系博士后研究员；Lillian Aoki，一位鳗草生态学家，曾是生态与进化生物学系的博士后研究人员；Carla Gomes，Ronald C.和Antonia V.Nielsen计算与信息科学教授，计算可持续性研究所所长，Schmidt AI2050高级研究员；以及计算机科学博士生Brendan Rappazzo

Harvell说：“这两篇论文同时发表的最酷之处在于，它们是同一项目的两端，从受控实验室实验到大陆规模的实地调查。”。“这是在一个研究不足的系统中的开创性工作，这是第一项表明这些食草动物在巨大纬度范围内促进疾病的作用的研究。”

他们的工作表明，等足类动物和蜗牛在吃草时会在鳗草上造成开放性伤口；实验室实验证实，受伤植物的病情加重。研究人员还表明，海洋生物可能是挑食性的：被称为片脚类的甲壳类动物选择性地食用患病的鳗鱼草，而等足类动物和蜗牛更喜欢吃原始的叶子，这意味着不同的食草动物对海草的健康有着不同的影响

Gomes和Rappazzo通过EeLISA损伤图像分割应用程序（发音为eel EYE-zah）加快了识别和量化问题的努力，这是他们开发的一个人工智能系统，经过适当的训练，可以快速分析数千张海草叶图像，区分患病组织和健康组织，从而进行大陆规模的研究

研究人员在从南加州到阿拉斯加的太平洋沿岸的36个地点收集了数千片鳗鱼草叶子，上传了每种植物的高分辨率图像。Gomes和Rappazzo使用算法和机器学习来训练计算机，使用最先进的图像分割来识别鳗鱼叶片上的坏死黑斑并正确识别它们，将疾病引起的病变与其他类型的叶片损伤分开

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Rappazzo说：“我们提出了一个积极的反馈循环。”。“研究人员奥利维亚·格雷厄姆和摩根·艾森洛德会纠正EeLISA，EeLISA会立即更新。当一组新的样本出现时，人工智能会立即做得更好。准确性比人类更一致，这允许可扩展性——让人类手动分析每张图像需要20分钟。EeLISA可以在一秒钟内完成。整个大陆规模的研究需要30分钟才能运行。”

戈麦斯将EeLISA描述为一种解决有影响力的现实世界问题的新型人工智能方法。戈麦斯说：“这次合作消除了解释数据的历史瓶颈。”

“我们继续通过多模态语言模型的能力来增强Eelisa，使其能够解释其科学推理——为什么它决定疾病的存在或不存在。它还可以与研究人员进行对话，使这一过程更具互动性和洞察力。”

格雷厄姆说：“与卡拉和布兰登的合作使我们能够做更多的工作。”。“海草在全球范围内分布，毫不夸张地说，这些海草草甸具有超能力。它们是我们的海洋雨林。作为海洋鱼类和脊椎动物的宝贵栖息地，它们支持着重要的渔业。”

她说，最近，国际研究人员联系了格雷厄姆，要求访问EeLISA

海草草甸面临着许多全球性的压力，尤其是随着海洋温度的升高，但领导深水SCUBA调查和实验室实验的Graham以疾病生态学家的身份提出了这个问题，他首先问这些食草动物是否直接传播病原体。答案是否定的，这是间接传播，咬痕为感染提供了切入点

第二篇论文的负责人、俄勒冈大学的生态系统生态学家和海岸科学家Lillian Aoki'12说，需要更好地了解这两种机制——草食如何影响疾病以及生态影响

青木也是Harvell康奈尔实验室的前博士后，他说：“我们需要知道食草动物在何时何地对疾病动态和生态系统稳定性可能很重要。这些信息将帮助我们更好地预测疾病爆发等变化，并管理沿海栖息地。”