31 de octubre de 2007. Noche de Halloween. Una persona se pasea por los panteones del cementerio de Rivera pero no busca dulces, sino algo un poco más inquietante: vampiros. En el departamento norteño acaba de detectarse un brote de rabia transmitida por este grupo de murciélagos, los únicos que se alimentan de sangre. El joven que camina por entre las lápidas fue enviado por el Museo Nacional de Historia Natural, a pedido del Ministerio de Ganadería, Agricultura y Pesca. Es uno de los pocos expertos en murciélagos del país que además tiene nociones de epidemiología.
Todo se debe a las casualidades: cuando era estudiante en la Facultad de Ciencias y el encargado de mamíferos del Museo Nacional de Historia Natural, Enrique González, lo invitó a dedicarse al estudio de los murciélagos, Germán Botto aceptó con fascinación, pese a que estaba estudiando peces eléctricos. Como ambos animales se comunican por un sistema de radar, el salto no le pareció tan grande. El problema fue que al no haber expertos de la academia trabajando en esos mamíferos alados, tuvo que hacer su tesis sobre murciélagos haciendo hincapié en la rabia. Para ello contó con la orientación del virólogo Juan Arbiza, y así comenzó su inclinación hacia la epidemiología. El azar lo llevó a firmar un contrato con la Facultad de Veterinaria el día antes de que se desatara el brote de rabia en Rivera. Hoy Botto realiza en Montana, Estados Unidos, su doctorado en Inmunología y Enfermedades Infecciosas tomando como tema “el efecto de la modificación del paisaje sobre la dinámica de rabia transmitida por vampiros en Uruguay”.
Así como una serie de circunstancias azarosas lo hizo estar, cuando el brote de rabia, en el lugar y el momento adecuados, su atracción hacia los murciélagos resultó también de suma importancia ante un cambio tecnológico que modificó el paisaje de nuestro país: la instalación de molinos gigantescos en parques eólicos para la generación de energía. En el paper “El primer algoritmo de inteligencia artificial para la identificación de especies de murciélagos en Uruguay”, firmado por Botto (junto con el ya nombrado Enrique González y Giannina Lemus, Matías Muñoz, Ana Laura Rodales y Cristina Crisci) y publicado en la revista internacional Ecological Informatics, afirma que si bien dan energía más limpia que las plantas en base a combustibles fósiles, los molinos de viento “tienen consecuencias ambientales negativas, y en particular pueden afectar a aves y murciélagos que mueren al chocar con sus aspas”. En el artículo, señalan que “la Red Latinoamericana y del Caribe para la Conservación de los Murciélagos ha identificado a los parques eólicos como una amenaza emergente para los murciélagos en la región”, y que para minimizar ese impacto hay que realizar estudios que determinen el impacto “en la forma en que las especies usan el espacio aéreo alrededor de los aerogeneradores” tanto en cuanto a patrones de migración como a las áreas de alimentación y nidificación. ¿Cómo afectan los molinos de viento a nuestros murciélagos? ¿Y de qué manera puede ayudar un algoritmo que determine su especie a partir de los pulsos de ultrasonido que emiten estos quirópteros?
Alas versus aspas
Germán Botto, presidente actual del Programa para la Conservación de los Murciélagos de Uruguay, cuenta desde Montana que la mortalidad de murciélagos en los parques eólicos “sirvió de motivación para generar esta herramienta para evaluar cuánto afectan los molinos a estos mamíferos”. Para el investigador, los molinos provocan dos efectos grandes sobre los murciélagos: “Uno es la mortalidad directa: los murciélagos o bien pasan cerca de las aspas, donde hay un área de muy baja presión, y mueren por sobreexpansión pulmonar, o bien mueren porque colisionan contra ellas. El otro efecto, que está menos claro en Uruguay porque tenemos poca información, es si los molinos provocan que los murciélagos eviten esas áreas o cambian sus comportamientos o sus movimientos migratorios”.
Al no tener datos suficientes, la creación de una herramienta informática para determinar qué especies de murciélagos vuelan cerca de los molinos es sumamente relevante, ya que el impacto de los molinos se mide mayoritariamente en nuestro país observando cuántos murciélagos –y aves– mueren bajo los molinos, estudiando cómo cambia la riqueza en número de especies y la abundancia de murciélagos revisando refugios y haciendo capturas en el área de los parques con redes de niebla, y viendo cambios en la actividad estimados a partir de la grabación de los ultrasonidos que emiten estos animales para moverse y comunicarse. “Si vos no tenés idea de qué ensamble de especies tenés volando entorno a los molinos es muy difícil interpretar por qué encontrás esas especies muertas”, explica Botto, y agrega: “Supongamos que siempre aparecen sistemáticamente dos especies de murciélagos muertas, ¿es porque son las dos únicas que vuelan alrededor de los molinos o vuelan muchas más especies y esas dos son afectadas particularmente? Esa era la pregunta que había atrás y ahí es donde el estudio de la acústica para determinar especies es importante”.
Murciélago orejudo, en el departamento de Flores. Foto: Enrique González
No todas las especies de murciélago se ven afectadas por igual con la instalación de los molinos. Botto señala: “Los rotores de los molinos que tenemos en Uruguay están entre unos 80 y 90 metros, y lo más bajo que están las aspas son unos 40 metros. Los murciélagos que vuelan entre los cero y los 40 metros en principio estarían poco afectados, como es el caso de los que vuelan muy cerca del suelo por el tipo de insecto que cazan”. Luego cuenta que hay otros que vuelan muy alto, por lo que probablemente pasan por encima de los molinos. Sin embargo, aclara: “Como nunca podés estar seguro de la altura de vuelo, los consideramos de riesgo”. El tercer grupo tampoco parece encender las alarmas, ya que dice que vuela en los bordes de los bosques y caza insectos en esas zonas. Sin embargo, hay otro grupo que seguro está menos feliz con la conversión energética de nuestro país: “Los más problemáticos son los que hacen vuelos de media altura o altos, es decir que no cazan insectos al ras de la vegetación, y los murciélagos migratorios que pasan por la altura que cubre un aspa girando”.
En nuestro país hay algunas especies que andan por ese entorno de colisión. “La única que estamos bastante ‘seguros’ de que es migratoria en Uruguay es Tadarida brasiliensis, el murciélago cola de ratón. Vive desde Estados Unidos a Uruguay, y desde hace 40 años se sabe que en el norte es una especie migratoria”. Sin embargo, en nuestro sur no había datos científicos sobre su condición migratoria... hasta que llegaron Botto y sus colegas del Programa para la Conservación de los Murciélagos de Uruguay. Acaban de publicar un paper en el que muestran que las hembras de murciélago cola de ratón migran y los machos se quedan en Uruguay. “Constatamos migración y que además es diferencial por sexo”, comenta Botto orgulloso aunque preocupado: “Para esa especie los molinos representan un riesgo, porque es un murciélago que vuela alto y rápido en áreas abiertas y es de los típicos que va a volar a la zona en la que están poniendo molinos. El otro dato que tenemos es que en el resto de Latinoamérica es también una especie que se encuentra en los monitoreos de mortalidad en molinos. Cuando salís al campo, es una especie que aparece frecuentemente”.
Además del cola de ratón, hay otros murciélagos que preocupan a Botto y los suyos: “Son tres especies del género Lasiurus, que son unos murciélagos que no se refugian en grutas o construcciones, sino en el follaje de los árboles. Si bien no son de vuelo tan alto, sí son considerados migratorios para el norte, pero de los que no hay información de su comportamiento en el sur”. Se trata del murciélago de las palmeras (Dasypterus ega), el murciélago rojizo (Lasiurus blossevillii) y el escarchado (Lasiurus cinereus). “Los tres tienen el mismo problema: se refugian en árboles, en grupos muy chicos, son muy difíciles de encontrar; son murciélagos que sabemos que están en todo el país, pero en 14 años que llevo trabajando con quirópteros en Uruguay sólo encontré dos escarchados”, señala Botto, y una vez más se hace evidente la importancia de grabar los pulsos de ultrasonidos para poder identificar las especies con certeza. Es que por más que la imagen que se nos viene a la cabeza cuando nos hablan de murciélagos es la de una caverna con el techo tapizado por ellos, la biodiversidad de estos mamíferos es mucho más amplia.
Educando a las máquinas
En el mercado hay herramientas para reconocer los pulsos de ultrasonidos de los murciélagos, pero ninguna de ellas está desarrollada para nuestra región. “Si yo uso una herramienta de identificación comercial tiene un montón de especies metidas adentro. Entonces cuando tiene que decidir de qué especie es el pulso grabado del murciélago que pasó volando tiene muchas más especies para elegir”, afirma Botto, que además agrega que muchas veces arrojan resultados de especies que ni siquiera están en Uruguay. “El algoritmo elige entre un universo tan grande que le complica la vida”, sentencia.
Pero además hay otro problema: “Muchas de estas especies tienen distribuciones geográficas amplias, y tienen distintos patrones de emisión de sonido en Estados Unidos que en Uruguay. Si vas al sur de Chile y ves un tero, si bien es la misma especie que ves en nuestro país, el canto no tiene nada que ver”. Botto reconoce que no sabe mucho de aves, pero para él el canto del tero chileno suena a canto de cotorra. “Eso mismo pasa con los murciélagos, y si usás un algoritmo que se entrenó con llamadas de referencia de Norteamérica y Centroamérica, puede que le erres a las especies simplemente porque las nuestras utilizan una señal acústica distinta”. Pero además hay una tercera razón para desarrollar un algoritmo que identifique especies para nuestro país: “La mayoría de estos algoritmos de identificación son de empresas y son de pago. Para usar los que hay en el mercado tuve que pagar unos 1.000 dólares; para usar el que desarrollamos nosotros no hay que pagar absolutamente nada, está disponible en internet”.
Con todo eso en mente, decidieron crear una herramienta para identificar a nuestras especies. “El algoritmo lo escribimos Matías Muñoz y yo con Carolina Crisci como orientadora. Todo surgió a partir de un curso de Machine Learning que hice con Carolina y Gonzalo Perera del Instituto de Matemática de Ingeniería. Lo hicimos mediante un proyecto CSIC tutoreado por Crisci”. Para los que se asustan con la inteligencia artificial, Germán Botto tiene un mensaje que conforta: “Este algoritmo tendría valor cero si no tenés en campo personas que sean capaces de identificar a todas las especies de Uruguay. El algoritmo se basa en que tenés una cantidad de pulsos medidos de los que conocés con certeza la especie con los que se entrena al algoritmo. Sin ese conocimiento muere todo el sistema”. Este trabajo, si bien tanto Botto como Giannina Lemus y Ana Laura Rodales trabajaron en la identificación taxonómica en el campo, “recayó mucho en Enrique González; cuando teníamos dudas, él era la persona a consultar”.
En el campo grabaron 622 pulsos de llamadas identificando con total certeza a las diez especies más conocidas del país. “Los murciélagos tienen dos grandes grupos de emisiones. Unos son los pulsos de ecolocalización, para ubicarse y ubicar sus presas, y otros son los pulsos de comunicación. Este algoritmo está basado en los de ecolocalización”, agrega Botto, ya que son los que emiten todo el tiempo. El trabajo de campo es largo y engorroso. Pero luego viene otra etapa igual de ardua: “Lo que lleva más tiempo es tener una base de datos confiable, una serie de pulsos grabados, confiables, bien identificados y analizados correctamente”, dice. Cuando le pregunto cuánto tiempo lleva entrenar la máquina para que arroje un algoritmo que pueda clasificar tan bien a las especies como Enrique González, Botto sonríe. “El algoritmo en sí se entrena en una computadora en menos de un segundo. Construir y depurar la base de datos lleva muchísimo tiempo, y ni hablo de la parte de ir al campo y grabar a los bichos. Una vez que tenés a todos los bichos grabados, la mayor parte del trabajo es procesar las señales correctamente, y eso llevó más de un año”. Al respecto, agrega: “El proceso que crea el algoritmo es prácticamente instantáneo. En este caso le dimos una serie de observaciones con 12 variables y una etiqueta, un nombre de una especie. El algoritmo responde a la pregunta de cuál es la mejor combinación de esas variables que permita llegar al nombre más rápidamente”. Nuevamente hace hincapié en el factor humano: “No es un proceso no informado, precisás alguien que sepa cómo funciona el algoritmo y las variables que estás utilizando para poder hacer ese proceso de selección. Si no sabés nada de acústica, si no sabés nada de ecología de murciélagos probablemente termines con algoritmos que no te sirven”.
Murciélago pardo común. Foto: Agustina Medina
Solución novedosa
La publicación del artículo sobre el algoritmo no se dio en una revisa de biología, sino en Ecological Informatics. Botto explica que se trata de una revista que publica aplicaciones de informática en ecología, pero a la que le interesa más la técnica que el resultado práctico de la aplicación. “Si sólo les presentábamos el algoritmo que servía para identificar a los murciélagos en Uruguay, lo que es buenísimo para conservarlos porque nos va a permitir evaluar los parques eólicos mucho mejor, no lo publicaban”, confiesa. El asunto es que para realizar su algoritmo, Botto y los suyos hicieron un par de cosas novedosas.
“Usamos tres algoritmos que existen, Neural Networks, Support Vector Machines, Random Forests, y eso no es algo nuevo porque la mayoría de los algoritmos comerciales se basan en ellos”, señala el investigador. Las tres son herramientas para tomar nubes enormes de datos y lograr clasificaciones simples en grupos. “Lo novedoso, fuera de crear la herramienta que sirva para Uruguay, fue comparar distintas formas de crear la herramienta y mostrar que una es más útil que las demás. Eso es lo que justifica que el paper esté en esa revista”, afirma el biólogo, que cuenta que la que mejor funcionó para ellos también está, por ejemplo, detrás de las autorizaciones de compras cuando se utiliza una tarjeta. “Eso no es algo completamente novedoso, se sabe que Random Forests se comporta mejor para determinados tipos de datos, pero sí es un aporte porque mucha gente estaba usando Neural Networks para clasificar pulsos de murciélagos”. La otra razón para que publicaran el trabajo, señala su autor principal, fue que lograron reducir la variables de los pulsos para clasificar las especies: “Eso tampoco es novedoso, porque lo hace todo el mundo que quiere trabajar con murciélagos. Pero nosotros logramos quedarnos sólo con 12 variables, y mostramos que sin importar cuáles sean las variables que elijas, después siempre Random Forests va a ser mejor en la clasificación final. Ese es el pequeñísimo aporte al campo de la inteligencia artificial que hace el paper, que va más allá del resultado que tenga en la conservación de murciélagos”, dice con orgullo.
Botto adelanta que en breve van a hacer que el algoritmo trabaje directamente con el pulso grabado –¡quiero un aparato de identificación de murciélagos en tiempo real ya!–, pero por ahora lo hace con una matriz de datos obtenidos tras el análisis de una grabación. Para ello están trabajando con colegas franceses. Los integrantes del Programa para la Conservación de los Murciélagos de Uruguay tienen más investigaciones en camino. Con sus aportes sabremos más sobre nuestros hermanos alados, y tal vez disipemos un poco el rechazo que muchos les tienen a los murciélagos. Muchos los llaman ratas con alas, pero se equivocan: están mucho más emparentados con nosotros, los primates, que con los roedores.
Artículo: “The first artificial intelligence algorithm for identification of bat species in Uruguay”
Publicación: Ecological Informatics (2018)
Autores: G Botto, G Lemus, M Muñoz, A Rodales, E González, C Crisci.