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Die Ausgangssituation: Was ist die ökologische Herausforderung?
Binnengewässer wie Seen und Flüsse sind wichtig für den Erhalt der Biodiversität, die Trinkwasserversorgung, die Ernährung und nicht zuletzt den Tourismus in Deutschland. Gerade sie leiden aber besonders stark unter den Auswirkungen des Klimawandels. Die Folgen sind etwa die vermehrte Bildung potenziell giftiger, meist fädiger Blaualgen und damit die Veränderung des gesamten Ökosystems.
Um den Zustand der dieser komplexen Ökosysteme zu erfassen und nachhaltige Maßnahmen zu ergreifen, sind Mikroorganismen geeignete Indikatoren. So lässt sich über die Art und Anzahl der Mikroorganismen erkennen, ob das Nahrungsgefüge innerhalb des Ökosystems aus der Balance gerät und ob Maßnahmen ergriffen werden sollten. Bisher existiert allerdings noch keine geeignete Methode, um Mikroorganismen wie Algenplankton schnell und systematisch in ihrer natürlichen Umgebung (in situ) untersuchen zu können.
Die Idee: Welchen Beitrag kann KI konkret leisten?
Das Projekt „AQUA-KI“ hat hierfür eine Lösung: Es macht das „Unsichtbare sichtbar“. Hierzu kombinieren die Projektbeteiligten künstliche Intelligenz (KI) mit neuen Methoden der Planktonerfassung in der Gewässerökologie. Dahinter steht die Entwicklung neuartiger Methoden zur Identifizierung, Quantifizierung und Aktivitätsmessung des in Gewässern lebenden Phytoplanktons und Zooplanktons. Jüngste Fortschritte in der Unterwassermikroskopie und Videotechnik in Kombination mit schneller und präziser Bildauswertung durch KI ermöglichen es, erstmalig Systeme, die automatisiert Mikroorganismen in situ erfassen, zu entwickeln. Das Projektteam erarbeitet dazu an einer Machbarkeitsstudie und baut zeitgleich ein Netzwerk von Endnutzern und Interessenträgern auf, die das auszuarbeitende Detailkonzept mit umsetzen werden. Zukünftige Anwendungen zur Verwertung der Ergebnisse wären z.B. Frühwarnsysteme, die das Aufkommen von Blaualgenblüten ankündigen oder Verunreinigungen des Wassers durch Partikel erkennen. Ebenso besteht das Potenzial, besonders schädliche invasive Arten zu erfassen, die durch erhöhte Wassertemperaturen einwandern und entsprechende Maßnahmen zu ergreifen.
Der Ausblick: Welchen Leuchtturmcharakter hat das Projekt?
Ein besseres Verständnis zur Belastbarkeit von Gewässerökosystemen ist wichtig, um schnell effektive Schutzmaßnahmen ergreifen zu können. Die gewonnenen Daten können einen völlig neuen Blick auf das mikrobielle Leben in unseren Gewässern und deren Zustand in Zeiten des Klimawandels eröffnen.