Гражданская наука это кратко
Обновлено: 08.07.2024
Лаборатория на дому
Проект Foldit — настоящий долгожитель среди инициатив, объединяющих науку и волонтерство: он существует с 2008 года на базе Вашингтонского университета. Его привлекательность, вероятно, связана не только с возможностью послужить на благо человечеству, но и с самим дизайном проекта. Благодаря игровой механике одна из самых сложных задач в сфере биологии и медицины — изучение структуры различных протеинов — оказывается сопряжена с развлечением, а не монотонным трудом. Тем не менее такая форма нисколько не умаляет заслуг волонтеров. Без их участия исследования растянулись бы на десятки, а то и сотни лет. Вариаций структуры определенного протеина существует так много, что даже машинные вычисления занимают колоссальное количество времени. В отличие от компьютеров люди используют пространственное мышление и аналитические способности, кроме того, для решения этой задачи они могут объединять свои усилия.
Что отдельно любопытно, проект Foldit появился спустя восемь лет после запуска родственного Folding@home на базе того же Вашингтонского университета. Только в Folding@home добровольцы не были напрямую вовлечены в работу над научной головоломкой, вместо этого программа использовала незадействованные мощности их компьютеров. Такой подход тоже принес свои плоды: в марте 2020 года производительность распределенной сети превысила возможности 500 суперкомпьютеров мира. Всего с момента запуска проекта исследователи смогли опубликовать порядка 225 научных статей, где фигурировали данные, обнаруженные благодаря Folding@home.
И всё же в гонке между машиной и человеком в этот раз победил коллективный разум: в 2019 году пользователям Foldit удалось создать несколько карт протеиновых структур, которые по качеству превосходили аналогичные материалы, созданные компьютером и даже экспертами.
И чем больше людей участвует в проекте, тем ближе человечество оказывается к созданию надежных лекарств против СПИДа, рака и болезни Альцгеймера.
Скриншот программы Foldit. Источник
Использование компьютерных мощностей пользователей и геймификация научных задач — пожалуй, самые распространенные подходы для вовлечения людей в гражданскую науку, но далеко не единственные. Формы участия в исследовательских проектах весьма разнообразны — от самонаблюдения до распознавания животных на снимках наружных камер наблюдения.
Больше всего задач для волонтеров находится в сфере биологии и экологии. Такие бесплатные мобильные приложения, как eBird, BirdLife Australia’s Birdata, The Australian Museum’s FrogID, ClimateWatch, NatureMapr и Urban Wildlife App, позволяют пользователям вносить вклад в изучение миграции птиц и животных, а также снабжать ученых данными о состоянии окружающей среды. Так, во время лесных пожаров 2019–2020 годов в Австралии местные жители помогли исследователям выяснить, насколько изменилась численность редких видов на определенных территориях и действительно ли животные едят пищу из кормушек, созданных для них людьми. А когда нашу планету накрыла пандемия COVID-19 и жители большинства городов мира перешли в режим карантина или самоизоляции, с помощью показаний добровольцев ученые смогли эффективно оценить улучшение качества воздуха даже в регионах, где отсутствовали специальные сенсоры.
Немало проектов на стыке науки и волонтерства связано и с астрономией. В рамках популярной программы Galaxy Zoo пользователи могут самостоятельно идентифицировать галактики, а проект NASA stardust@home предлагает всем желающим поучаствовать в поиске звездной пыли. При этом глубокие познания в астрономии не требуются. Присоединившись к одному из проектов, добровольцы проходят обучение и получают базовые инструкции для исследования такого рода.
Один из наиболее запоминающихся случаев произошел в 2017 году, когда американский астроном-любитель Скотт Тилли обнаружил местонахождение космического корабля NASA, пропавшего в 2005-м.
В некоторых случаях речь идет о прицельной работе с локальными сообществами. Например, британские ученые Муки Хаклай и Джером Льюис сотрудничают с группой охотников-собирателей бака, живущих в джунглях Камеруна. Антропологи обучают местных жителей пользоваться смартфонами, а затем объясняют, как с помощью специального приложения можно фиксировать случаи браконьерства и отправлять информацию в Лондонское зоологическое общество для ее последующей обработки.
Лучше сориентироваться во всем многообразии проектов в сфере гражданской науки помогут специальные платформы-агрегаторы Zooniverse, где представлено более 100 активных программ, и Citizen Science Games, где собраны проекты игрового формата, а также поисковая система Scistarter.
Возвращение к истокам
Профессор Женевского университета Бруно Штрассер приводит еще один исторический пример: в XVIII веке научные академии часто объявляли опен-коллы, призывая граждан присоединиться к решению той или иной научной задачи. Если человек находил ответ, то его реальная сфера деятельности не имела значения, участвовать могли все.
Может быть интересно
Британский географ Муки Хаклай отмечает, что наука постепенно начинает всё больше доверять волонтерам. Первые проекты в сфере гражданской науки были в основном сосредоточены на опыте наблюдения за природой и животными, то есть позиция добровольцев была достаточно пассивной. В последнее время стали появляться исследования, в которых неспециалисты и ученые работают бок о бок и считают друг друга коллегами.
Фотография из твиттера проекта Open Insulin. Источник
Опасения и предубеждения
Показания добровольцев могут оказаться особенно ценными в сфере урбанистики, поскольку датчики для измерения качества воды или воздуха могут быть расположены неравномерно на территории города и на его окраинах, поэтому усредненные данные не всегда точны. Когда произошла ядерная авария в префектуре Фукусима, группа независимых исследователей запустила проект Safecast, обучавший жителей самостоятельно измерять уровень радиации. Поначалу местные власти и эксперты относились скептически к этой инициативе, однако спустя некоторое время стало ясно, что данные, предоставленные добровольцами, куда более точны, чем информация, которой располагали правительственные структуры.
В некоторых районах, по официальной версии считавшихся безопасными, на самом деле уровень радиации был критическим, и наоборот: на некоторых улицах, по которым власти не советовали передвигаться, в действительности не было угрозы для здоровья.
Если в гражданской науке и есть спорные моменты, то они скорее связаны с безопасностью данных, особенно в сфере медицины. Такие программы, как 100forParkinsons, Kinsey Reporter, The American Gut Project и PatientsLikeMe, собирают отчеты пользователей об их здоровье как для исследовательских целей, так и для составления персонализированной истории болезни пациента. Хотя они помогают врачам составить более точную картину течения серьезных или малоизученных недугов, а также повысить уровень медицинской грамотности пользователя, никто не может гарантировать, что утечка персональных данных не произойдет.
Гражданская наука и искусство
Доступность и междисциплинарная открытость гражданской науки привлекает и современных художников, с охотой перенимающих ее принципы и инструменты. Существует даже отдельное направление art & science, представители которого работают на стыке науки и искусства. Впрочем, в таких проектах зрители отнюдь не всегда вовлекаются в исследования (отчасти по очевидным этическим соображениям: не все подобные эксперименты безопасны).
Художник Томас Сарацено известен любовью к паукам. Для него паутина сама по себе является произведением искусства, поэтому Сарацено неоднократно выставлял хрупкие структуры, сотканные нечеловеческими авторами, в галереях и музеях. В экспериментальной студии художника находятся сотни паутин, которые он постоянно изучает вместе с коллегами. В 2018 году исследовательские заслуги Сарацено признало даже научное сообщество: его студии впервые удалось создать технологию трехмерного сканирования паутин, благодаря которой были обнаружены новые закономерности в архитектурных изысках членистоногих.
В инсталляции Hybrid semi-social solitary Instrument HD 74874 2019 художник и вовсе реализовал эксперимент по межвидовому сотрудничеству: он поместил в специальный террариум трех пауков разных видов, рассчитывая увидеть более сложные типы переплетений. Исследовательская интуиция художника не подвела: опыт оказался успешным — членистоногие действительно сплели совершенно новый тип паутины.
До смелого эксперимента Сарацено науке не были известны случаи такого межвидового труда.
Фрагмент одной из работ Томаса Сарацено. Источник
Художественный коллектив из Мексики Interspecifics в работах сочетает DIY-подход и интерес к исследованиям звука. Своими находками и наблюдениями Interspecifics охотно делятся с широкой публикой и коллегами в рамках открытых мастер-классов. Их ранние проекты построены на сонификации (перевод незвуковых сигналов в звук) растений и микроорганизмов. По мере накопления знаний художники стали экспериментировать с более сложными технологиями. К примеру, проект PHYCHIP был посвящен созданию музыкальных композиций, драматургия которых привязана к активности слизевика Physarum. В основе инструмента лежала технология компьютерного видения.
В рамках проекта Physarum Chip авторы задались еще более амбициозной целью — сконструировать гибридную компьютерную систему, управление которой полностью осуществлялось бы слизевиком Physarum polycephalum.
Будущее гражданской науки
Количество добровольцев, желающих внести свой вклад в науку, ежегодно увеличивается. По данным исследовательского центра Pew, в 2019 году каждый десятый американец принимал участие в каком-либо проекте, связанном с гражданской наукой. В США и Шотландии даже Национальные агентства по защите окружающей среды прибегают к помощи ученых-любителей в своей рутине. Из-за вынужденного домашнего заточения во время пандемии COVID-19 внимание к проектам на стыке науки и волонтерства по всему миру только возросло.
Объявления регулярно обновляются. К примеру, сейчас там ищут желающих понаблюдать за снегопадами и льдом, рассказать о своей психологической реакции на пандемию коронавируса или принять участие в международном исследовании о генетической грамотности.
Ученый и соорганизатор парижского Центра междисциплинарных исследований Франсуа Таддей (François Taddei) отмечает важность гражданской науки в свете борьбы с дезинформацией и фейками: по его мнению, такие инициативы повышают авторитет научного знания и учат критическому мышлению. Предположения Таддея недавно подтвердили английские исследователи: по результатам десяти разных экспериментов выяснилось, что участие в гражданской науке способствует повышению компьютерной грамотности, улучшению аналитических способностей, а также языковых (многие проекты требуют знания английского) и коммуникативных навыков.
Учитывая, что многие проекты задействуют игровую механику, гражданская наука может подстегнуть интерес к обучению и изменить представления детей о скучных и сложных предметах. К слову, некоторые специалисты с большой охотой подключают к работе школьников: юные исследователи по-другому смотрят на мир и порой способны увидеть то, чего не замечают взрослые. Например, когда австрийские ученые собирали информацию о традиционных рецептах выпечки хлеба, часть интервью они доверили детям. По итогам проекта оказалось, что ответы, полученные детьми, были более подробными и честными.
Хочется верить, что в будущем гражданская наука станет неотъемлемой частью образовательного процесса и поможет нам лучше разбираться в загадках окружающего мира.
О какой научной работе идёт речь?
В широком смысле гражданской наукой называют любое участие в научной работе, как активное, так и пассивное. Например, участие в экспериментах, опросах и исследованиях в качестве испытуемого. Задачи при этом могут быть очень разными: от заполнения опросников и решения задач в томографе до сдачи крови и тестирования устройств. В этом случае человек сам не занимается научной работой, но вовлечен в неё — это называют пассивным участием.
В узком смысле гражданская наука предполагает, что участник сам занимается научной работой в том или ином виде:
Кому это приносит пользу?
Это одно из редких общественных явлений, которое полезно всем. Людям нравится заниматься наукой, даже если они не профессионалы. Учёным и научным учреждениям удаётся проводить масштабные исследования, которые без участия добровольцев были бы просто невозможны. Кроме того, эксперты подсчитали, что бесплатная работа гражданских учёных приносит огромную прибыль. Вклад волонтёров в 338 проектов 2015 года, только в области биологии, оценили в 0,7–2,5 млрд долларов (по данным журнала Biological Сonservation).
Правда, есть и минусы. Пока государства не регулируют это движение, не ясно, например, кто станет правообладателем технологии, созданной с привлечением волонтеров. Кроме того, есть вопросы к качеству таких исследований: непрофессионалы могут передавать некорректные или ложные данные, допускать ошибки в ходе эксперимента. Поэтому большинство экспертов сходятся на том, что деятельность гражданских учёных нужно регламентировать на законодательном уровне и на уровне публичной политики.
В каких научных областях больше всего проектов по гражданской науке?
Добровольцев привлекают к масштабным исследованиям почти в любой сфере науки. В странах ЕС и в США о гражданской науке чаще всего говорят, когда описывают крупные исследования, как-то связанные с изучением окружающей среды. Это проекты в области экологии, фенологии, зоологии и ботаники, орнитологии и т. д. Во всём мире добровольцев традиционно привлекают к археологии — участие в экспедиции тоже можно рассматривать как часть гражданской науки. А если речь идёт о работе испытуемым, то прежде всего волонтёры нужны тем, кто изучает организм и поведение человека: от нейробиологов до психологов.
Гражданская наука развивается во всём мире. А как обстоят дела в России?
В Западной Европе, США и Австралии развитие гражданской науки — одна из задач государственной научной политики. В этих странах проводится большинство крупных исследований, в которых добровольцы играют активную роль. Государственные и некоммерческие организации, ассоциации и объединения разных уровней (от местных до международных) открывают сайты-агрегаторы подобных проектов, помогают учёным и волонтёрам общаться, популяризируют это общественное движение, оказывают финансовую поддержку как проектам, так и добровольцам.
Есть ли у гражданских учёных серьёзные достижения?
- Один из первых масштабных проектов гражданской науки Galaxy Zoo, запущенный в 2007 году, дал невероятные результаты: в течение нескольких месяцев волонтёры классифицировали 900 000 галактик.
- В текущем американском проекте по изучению кишечника приняли участие 10 000 добровольцев — это крупнейшая в мире база данных о микробиоме человеческого кишечника.
- В 2012–2014 годах волонтёры проанализировали более 1,7 млн изображений тканей, в которых, возможно, содержались раковые клетки. Это один из самых больших наборов оценённых изображений опухолевых тканей.
Во всех этих проектах деятельность волонтёров контролировалась. Каждое изображение независимо друг от друга оценивали несколько человек, затем тысячи работ случайным образом попадали в выборку, которую проверяли профессиональные учёные. Оказалось, что добровольцы очень хорошо справляются с заданиями: процент ошибок в таких исследованиях крайне мал.
Это лишь три из тысяч проектов, проведённых в последнее десятилетие. Если считать исследования, в которых граждане приняли пассивное участие — например, сдавали кровь или проходили опросы, — то можно сказать так: без участия добровольцев современная наука перестала бы развиваться.
Гражданская наука (англ. Citizen science ) и гражданин-учёный — концепция проведения научных исследований с привлечением широкого круга добровольцев, многие из которых могут быть любителями, то есть не иметь предварительного научного образования и подготовки по специальности.
Гражданская наука связана с программами продолжительного действия по общественному экологическому мониторингу рационального использования природных ресурсов [2] [3] [4] и часто используется как форма образования и пропаганды, чтобы содействовать пониманию общественностью науки [5] [6] [7] . В последние годы, однако, эти проекты становятся все более сосредоточены на выгодах для научных исследований [8] .
Нынешняя форма гражданской науки, которая развивалась на протяжении последних двух десятилетий, больше внимания уделяет научно обоснованной практике и измеримым целям для общественного образования, чем аналогичные более ранние программы [9] . Современная гражданская наука отличается от её исторических форм в первую очередь доступностью и масштабом участия общественности; развитие технологии называется в качестве одной из основных движущих сил недавнего взрывного роста гражданской науки [10] .
Развитие гражданской науки вошло в число пяти ведущих тенденций на ближайшие пять лет по прогнозу компании IBM [11] , сделанному в 2010 году.
Открытие СТИВа (STEVE), атмосферного оптического явления, сходного с полярным сиянием, было сделано гражданским ученым. Добровольцы и сейчас делают уникальные фото, играющие важную роль в исследованиях этого феномена. © NASA Goddard Space Flight Center / Neil Zeller
Об авторе
Валентин Викторович Власов — академик РАН, доктор химических наук, профессор, научный руководитель Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН (Новосибирск), заведующий кафедрой молекулярной биологии и биотехнологии Новосибирского государственного университета. Лауреат Государственной премии РФ (1999). Автор и соавтор более 500 научных работ и 30 патентов.
Термин гражданская наука (от англ. citizen science), означающий, что участие в научной работе принимают люди, не являющиеся профессиональными учеными, появился сравнительно недавно. Однако во все времена натуралисты коллекционировали минералы, растения и насекомых не по долгу службы, бескорыстные энтузиасты занимались астрономическими наблюдениями. Конечно, сама наука не всегда была организована так, как сейчас, когда ученые, как правило, являются сотрудниками научных институтов, вузов или крупных технологических компаний. Мы знаем замечательные примеры, когда великие открытия делали ученые-самоучки. Немецкий предприниматель и археолог Генрих Шлиман открыл древнюю Трою, а один из отцов-основателей Америки Бенджамин Франклин, изучая электрические явления, изобрел громоотвод.
Так что те, кто стремился к науке и изобретательству, всегда находили способ заняться любимым делом, хотя лишь некоторым из них удавалось заручиться поддержкой монархов или других высокопоставленных лиц. По мере развития общества и производства финансовую помощь энтузиастам стали оказывать меценаты-предприниматели. Первой ласточкой зарождающейся гражданской науки можно назвать появление радиолюбителей и развитие любительской астрономии.
Большинство проектов гражданской науки связано с исследованиями в области биологии, охраны природы и экологии, что вызвано необходимостью сбора больших массивов данных. И в этом смысле возможности гражданской науки растут экспоненциально за счет усовершенствования компьютеров и смартфонов. Сейчас почти у каждого имеется связанный с интернетом смартфон, с помощью которого можно фотографировать, записывать звуки и фиксировать координаты событий. Очевидно, что уже в ближайшем будущем эти устройства будут снабжаться новыми сенсорами, например, для измерения температуры и влажности или оценки загрязненности воздуха.
Что может дилетант?
Формы участия людей в проектах гражданской науки могут быть разными. В первую очередь это сбор данных, включая не только наблюдения и фотосъемку объектов, но и опросы населения, а также другие материалы для исследовательских программ (биологические образцы, информация о собственном здоровье и т. п.). Например, в рамках проекта American Gut Project по изучению микробиома желудочно-кишечного тракта человека были получены тысячи образцов кишечных бактерий, благодаря которым было показано, что люди из разных стран имеют разный состав кишечной микрофлоры.
Более высокий уровень участия в исследовании предполагает самостоятельную обработку информации об объектах и даже вовлечение в сам исследовательский процесс.
В рамках долгосрочной программы Cascade Butterfly Project волонтеры и биологи Службы национальных парков США наблюдают за субальпийскими бабочками и растениями — индикаторами изменения климата. © NPS / Kevin Bacher
Например, в интернет-проекте Galaxy Zoo участникам предлагается классифицировать изображения галактик на снимках, полученных с помощью телескопов. На сегодня имеется уже более 60 млн таких фотографий, и хотя основы классификации достаточно просты, пока человек справляется с этой задачей лучше, чем компьютер. Добровольцы участвуют в обработке и переводе с древних языков старинных рукописей, помогают составителям и хранителям музейных и биологических коллекций, оценивают содержание загрязняющих веществ в воздухе городов, воде рек и озер и т. д.
Как ни удивительно, но даже совсем неподготовленные люди, такие как школьники, могут выполнять полезную и важную работу, если специалисты предоставят им необходимые материалы, оборудование и соответствующие инструкции.
В Великобритании учащиеся школ под руководством университетских преподавателей занимаются поиском новых бактерий — продуцентов антибиотиков, а в Дании успешно принимают участие в массовом эксперименте, в результате которого обнаружены ранее неизвестные штаммы лактобактерий, перспективные для производства йогурта.
В мире функционирует много международных и национальных организаций, объединяющих гражданских ученых. Крупнейшие из них — американская Citizen Science Association и европейская The European Citizen Science Association (ECSA), которая объединяет более 200 индивидуальных и организационных членов из более чем 28 стран по всему Европейскому союзу и за его пределами. Самая крупная система Citizen Science Global Partnership связывает все сети и структуры гражданской науки в США, Европе и Австралии. Эта сверхсеть была организована в 2017 г. при поддержке ЮНЕСКО.
Два специальных научных журнала публикуют статьи по темам гражданской науки: рецензируемый журнал Citizen Science: Theory and Practice и электронный Citizen Science Magazine. Многие серьезные научные организации объявляют о новых проектах в рамках гражданской науки, которые поддерживаются грантами компаний и организаций. Информацию о них можно найти на сайтах Science for Citizens, Zooniverse и SciStarter
Земля и небо
Сейчас во всех ведущих странах гражданская наука переживает расцвет. В Западной Европе, США и Австралии развитие гражданской науки является одной из задач государственной научной политики. Добровольцы играют активную роль в большинстве крупных исследований. Государственные и некоммерческие организации открывают сайты-агрегаторы проектов, помогают ученым и волонтерам общаться, оказывают финансовую поддержку.
В рамках проекта гражданской науки добровольцы ведут поиск горных козлов в национальном парке Глейшер в Скалистых горах (Монтана, США). © GlacierNPS
Добровольцев привлекают к масштабным исследованиям в самых разных областях, но в первую очередь там, где речь идет об окружающей среде. Например, сразу после аварии на японской атомной электростанции в Фукусиме все желающие получили счетчики радиоактивности, что позволило постоянно мониторить радиоактивное загрязнение на территории вокруг станции.
Уже многие годы добровольцы ведут наблюдения за птицами в рамках проекта по ежегодной переписи птиц Северного полушария Christmas Bird Count американского Национального Одюбоновского общества и ряда проектов Корнельской лаборатории орнитологии. А проект BugGuide аккумулирует информацию, включая фотоматериалы о насекомых, пауках и других членистоногих.
Широкое распространение простых в использовании приборов привело к тому, что сегодня данные о погоде можно собирать с помощью гражданских мобильных технологий. На этой основе реализуется проект гражданской науки Community Collaborative Rain, Hail & Snow Network (CoCoRaHS), который объединяет сообщество добровольных наблюдателей за погодой в США, Канаде и на Багамах, ежедневно посылающих информацию об осадках в центральное хранилище данных. Эти наблюдения используются для мониторинга и прогноза погоды, а также для климатических исследований.
После солнечной бури 2011 г., вызвавшей необычные полярные сияния, специалист НАСА Лиз Макдональд организовала гражданский научный проект Aurorasaurus, который привлекает наблюдателей полярных сияний с помощью социальных сетей. В 2017 г. один из членов такой группы из Альберты открыл новое атмосферное явление, названное СТИВ (STEVE). Оно представляет собой длинную светлую полосу на небе, нередко сопровождаемую зелеными всполохами, — результат стремительного движения на большой высоте ленты очень горячего газа.
Во всем мире добровольцев традиционно привлекают к археологии, в первую очередь к научным экспедициям. А участники проекта Национального географического общества Field Expedition: Mongolia отмечают на спутниковых изображениях потенциально интересные места для раскопок.
Ученые вместе с добровольцами проводят в национальном парке Джошуа-Три (США) мониторинг растительности в связи с изменениями климата. © NPS / Hannah Schwalbe
По прогнозам, развитие гражданской составляющей науки входит в число ее пяти ведущих тенденций на ближайшие годы. Гражданская наука имеет много достоинств. Для неспециалистов это отличный вид интеллектуального хобби, который приносит пользу обществу. А профессиональные ученые могут проводить масштабные исследования, которые были бы невозможны без привлечения множества добровольных участников (краудсорсинга). Это особенно важно при сборе данных с большой территории: благодаря добровольным участникам отпадает необходимость в дорогостоящих экспедициях — всю нужную информацию можно получить за считанные дни.
В этом выпуске журнала мы рассказываем о массовом эксперименте, посвященном поиску азотфиксирующих бактерий, который был проведен в Новосибирской области с участием команд из областных средних школ. Школьники не только собрали образцы почвы из разных мест, но и выделили штаммы, способные усваивать атмосферный азот. Изучение геномов этих бактерий позволит оценить их потенциал для создания экологически чистых способов повышения урожайности.
Литература
1. Власов В. В., Седых С. Е. Им светят звезды // Наука из первых рук. 2018. Т. 79. № 4. С. 6–15.
2. Власов В. В., Воронина Е. Н., Галямова М. Р., Седых С. Е. Привлечение школьников и студентов к исследованиям окружающей среды, актуальным для фундаментальной и прикладной науки: иностранный и российский опыт // Исследователь / Researcher. 2020. № 2. С. 12–20.
Читайте также: