Открыть звезду, не вставая со стула: что такое гражданская наука и на что она способна

Пока гики воспевают компьютерные технологии и верят в то, что искусственный интеллект превзойдет человеческий, научное сообщество всё активнее прибегает к мудрости толпы. К примеру, весной 2020 года организаторы проекта Foldit обратились за помощью к добровольцам, чтобы ускорить поиск антивирусного протеина, который защитит нас от коронавируса. Журналистка и авторка телеграм-канала «дайджест антропоцена» Ольга Дерюгина выяснила, чем обычные люди могут помочь ученым и какие открытия происходят в гражданской науке.

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.

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.

Возвращение к истокам

Хотя термин «гражданская наука», которым сегодня обозначается участие неспециалистов в научных исследованиях, был предложен социологом Аланом Ирвином только в середине 1990-х, само по себе явление имеет гораздо более долгую историю. Можно сказать, что оно появилось даже до формирования современных научных дисциплин. Еще в Древнем Китае местные жители отслеживали сезонные передвижения саранчи, чтобы защитить урожай от нападения насекомых. Наблюдения крестьян, по сути, мало отличаются от нынешних практик биологов-любителей.

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.

В современной же науке существует строгое ограничение: только специалисты, получившие магистерскую или докторскую степень, могут заниматься «настоящими» исследованиями. По мнению Штрассера, гражданская наука, в особенности DIY-инициативы, помогает исправить эту ситуацию и наделить неспециалистов инструментами для участия в большой науке.

Сторонники DIY-биологии выступают за доступность научного знания и объясняют, как использовать его в прикладных целях. Спектр проектов в этой области довольно разнообразен. Платформа DIYbio.org, основанная в 2008 году, объединяет подобные инициативы по всему миру. Здесь, к примеру, есть ссылка на проект Open Insulin, посвященный созданию открытого протокола для производства инсулина в домашних условиях. Тут же можно обнаружить стартап, занимающийся производством «настоящего» веганского сыра, или лабораторию, где изучают геномику комбучи.

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.

Гражданская наука всё больше приближается к тому определению, которое в начале XX века дал ей изобретатель термина Алан Ирвин: «наука, сосредоточенная на нуждах и проблемах граждан», и «форма научного знания, полученного и задокументированного самими гражданами».

Опасения и предубеждения

Против гражданской науки существует такое предубеждение: вероятность ошибок при работе неспециалиста с данными наверняка выше. Что, если наблюдения или вычисления добровольца окажутся некорректными? Не поставит ли это под удар всё исследование? Подобные опасения излишни: обычно над одной задачей параллельно трудится множество человек, и компьютер легко отсеет неверные решения, проанализировав весь массив данных. В свою очередь, правильные ответы, найденные коллективным разумом, используются для обучения нейросетей, благодаря чему алгоритм становится всё более точным. Кроме того, если нужно идентифицировать некий объект на картинке, а разрешение исходного файла низкое или на снимке много деталей, то человек способен справиться с этой задачей гораздо эффективнее, чем машина.

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.

В отличие от Сарацено, чьи работы не предполагают интерактивности, Карстен Хёллер относится к авторам, которые стремятся вовлечь аудиторию в исследовательский процесс. Будучи ученым по первому образованию, Хёллер хорошо знает, как устроена механика экспериментов, и нередко повторяет знаменитые научные опыты в художественных проектах. Его выставка «Решение» (Decision), показанная в лондонской галерее Hayward в 2015 году, представляла собой целый ряд различных испытаний. С одним из них посетитель сталкивался уже на входе: чтобы попасть в первый зал, нужно было выбрать одну из двух дверей, за которыми лежали два абсолютно разных маршрута. Попав в экспериментальную архитектурную среду, человек начинал по-другому воспринимать пространство и себя в нем. Далее зрителю предстояло пройти еще несколько психологических тестов и поразмыслить над своими решениями. Наконец, в одной из комнат посетителю предлагалось прочувствовать, каково это — видеть мир перевернутым, таким, каким видят его новорожденные. В 1890-х похожий опыт провел американский психолог Джордж Страттон. Он обнаружил, что если в течение нескольких дней смотреть на мир вверх дном, в какой-то момент человеческий мозг способен переучиться и перевернуть картинку обратно. Благодаря подобным аттракционам Хёллер, с одной стороны, выступает популяризатором науки, с другой — наделяет обычных людей инструментами для самоизучения.

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.

В России движение ученых-любителей пока не настолько обширно, как в США. Однако в 2020 году был сделан серьезный шаг в сторону популяризации гражданской науки: 1 октября Ассоциация коммуникаторов в сфере образования и науки (АКСОН) запустила портал «Люди науки», где размещены российские проекты для научных волонтеров.

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.

Самым крупным российским проектом гражданской науки на сегодняшний день считается «Флора России», в котором добровольцы фотографируют дикорастущие сосудистые растения и отмечают места их произрастания. Также из заметных российских проектов можно выделить «Пыльца Club», изначально основанный сообществом аллергиков, а позже переросший в полноценное сотрудничество с учеными.

Ученый и соорганизатор парижского Центра междисциплинарных исследований Франсуа Таддей (Fran?ois 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.