Бразильские ученые представили революционную технологию, объединяющую аквакультуру и искусственный интеллект. Исследователи из Университета штата Сан-Паулу (UNESP) создали инструмент, способный с высокой точностью определять уровень стресса у рыбы тамбаки (Colossoma macropomum) — ключевого вида для рыбной промышленности Бразилии. Эта инновация не только повышает стандарты благополучия животных на фермах, но и открывает новые горизонты для селекции более устойчивых к стрессу особей, что является залогом устойчивого развития отрасли. Результаты исследования были опубликованы в авторитетном научном журнале «Aquaculture».
Тамбаки, амазонская рыба, играет важнейшую роль в экономике Бразилии. В 2022 году ее производство превысило 110 тысяч тонн. Учитывая значимость вида, оптимизация условий его содержания имеет решающее значение для поддержания продуктивности и сокращения потерь, часто вызванных ослаблением иммунитета из-за стресса. Команда под руководством профессора Диогу Хашимото использовала методы глубокого обучения для объективной оценки изменения окраски рыбы, которое происходит в стрессовых условиях, например, при содержании в тесных резервуарах.
Ранее было замечено, что под воздействием стресса кожа тамбаки заметно темнеет. Ученые предположили, что это видимое физиологическое изменение может служить надежным биомаркером стресса. Чтобы превратить это наблюдение в аналитический инструмент, команда сделала и обработала более 3000 фотографий рыб. На основе этих данных была обучена сложная модель искусственного интеллекта, способная распознавать и количественно оценивать даже малейшие изменения в пигментации чешуи.
Методология выходит за рамки простой классификации изображений. ИИ анализирует контраст между нижней, более светлой, и верхней, более темной, частями тела рыбы. Эта особенность, известная как «противоокраска», служит естественным камуфляжем в дикой природе и является идеальной отправной точкой для оценки изменений цвета, вызванных именно стрессом. Вычисляя соотношение темных и светлых пикселей в определенных зонах, модель с высокой точностью определяет уровень стрессового состояния.
Исследование также подтвердило, что склонность к потемнению в ответ на стресс является наследственной чертой. Это открытие имеет огромное значение для программ селекции, нацеленных на выведение рыб с повышенной стрессоустойчивостью. Такие особи будут лучше расти, реже болеть и демонстрировать более высокие показатели выживаемости в условиях интенсивного разведения. Физиологической основой изменения цвета является работа меланофоров — специальных пигментных клеток, которые расширяются под действием гормонов стресса, делая кожу темнее.
Для проверки выводов на практике был проведен эксперимент: шесть рыб переместили из просторных стандартных аквариумов площадью 200 квадратных метров в небольшие резервуары объемом 2000 литров. Спустя десять дней в стесненных условиях было зафиксировано заметное потемнение окраски, что полностью подтвердило оценки нейросети и доказало практическую применимость нового инструмента.
Одно из главных преимуществ разработанного решения — его неинвазивность. Теперь специалистам по аквакультуре достаточно просто сфотографировать рыбу, чтобы в режиме реального времени получить оценку ее состояния. Это позволяет своевременно принимать меры: например, снизить плотность посадки или скорректировать параметры воды для улучшения благополучия поголовья. Такой подход полностью соответствует мировым тенденциям гуманного животноводства и повышения эффективности в пищевой промышленности.
Технологический прорыв также открывает новые возможности для генетиков и селекционеров. Традиционные методы оценки стрессоустойчивости часто трудоемки и требуют вмешательства, включая биохимические анализы. Модель глубокого обучения предоставляет объективные и воспроизводимые данные, что значительно ускоряет выведение новых, более выносливых пород. В будущем подобные технологии могут быть адаптированы и для других коммерчески значимых видов рыб, что внесет весомый вклад в развитие умной, гуманной и устойчивой аквакультуры по всему миру.
