在史蒂夫·凯林办公室落地窗外的 230 英亩森林中，50 种候鸟——莺雀、玫瑰胸[鸟]、雪松太平鸟——已于一夜之间抵达。在这个五月初的下午，它们的叫声在森林中回响，汇成一首巨大的鸣禽混曲。凯林，或者说伊萨卡康奈尔鸟类学实验室的任何人，究竟是如何集中精力工作的，这真是一个谜。
当然，窗外的景象就是工作本身。凯林在他的笔记本电脑上调出一张动画地图。地图上是美国，在黑色背景上用白色勾勒出来。地图下方的进度条显示时间的流逝，总共一年。起初，什么也没有发生。突然，大约在四月份，加利福尼亚州南部出现了一片橙色。它像火焰一样向北部和东部蔓延，直到整个西部三分之一的国土都燃起了熊熊大火，闪耀着各种深浅的橙色和白色。然后它又逆转，颜色从北向南消失，直到十一月，整张地图又变得漆黑一片。我们刚刚观看了西部唐纳雀的年度迁徙。
现在有 300 多种鸟类拥有了自己的迁徙地图，这些地图是利用 eBird 收集的数据生成的。eBird 是一个有 10 年历史的公民科学项目，凯林作为该实验室信息科学主任负责监督该项目。最近一个月，大约有 11,000 名观鸟者向 eBird 的数据库上传了超过 300 万条观测记录，该数据库现在包含超过 1.1 亿条记录。总共有约 90,000 人参与，记录数量每年增长约 40%。
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观鸟者以其对记录观测结果的执着投入和细致习惯而闻名。然而直到最近，分享观测结果仍然是零星的，并且很大程度上与科学家的工作脱节。这种情况正在发生改变。凯林和他的同事是新兴的公民科学领域的先驱。技术——Wi-Fi、智能手机、处理能力——彻底改变了科学可以利用普通人的数据做的事情，使得一支由渴望参与真实研究的业余爱好者组成的常备军成为可能。
鸟类学家并不是唯一的受益者。来自生态学、人类学和公共卫生等不同领域的科学家也开始利用技术为他们提供的与普通民众的联系，这些普通民众愿意为了参与的单纯乐趣或成果的回报而工作。（仅 eBird 的数据就催生了从气候科学到人工智能等主题的研究。）到目前为止，公民科学家已经发现了未知的星系，确定了难以捉摸的蛋白质结构，并收集了土地管理者保护森林和流域所需的证据。eBird——也许是最著名的公民科学项目——的结果表明，公众参与对于特定研究领域有多么有价值。
然而，总的来说，公民科学的普及可能意味着更大的意义，预示着科学家和公众对科学事业的看法发生了转变。当社会可能最需要参与式科学的时候——当我们应对气候变化等需要海量数据和公众参与的复杂问题时，参与式科学的新时代正在形成。“我们一些最大的保护、科学和社会挑战，”缅因州阿卡迪亚国家公园的科学协调员阿贝·米勒-拉辛说，“没有它是无法解决的。”
回归本源
对于史蒂文·姆洛迪诺夫来说，他是一位狂热的观鸟者，也是科罗拉多州朗蒙特的一位家庭医生。参与 eBird 使他感觉自己有点像现代的林奈，这位 18 世纪的瑞典人被认为是现代分类学之父。“如果你追溯到很久以前，”姆洛迪诺夫说，“博物学家都是未经培训的，科学在很大程度上是由那些自学成才或在大学接受过最少培训的人推动的。因此，作为一名医生，我感觉自己回到了，比如说，18 世纪的英国。”
自从人类表达的黎明以来，人们就一直在观察周围的世界，并记录他们所看到的东西。业余爱好者一直参与科学研究。托马斯·杰斐逊收集了 50 年的气象数据；亨利·大卫·梭罗一丝不苟地记录了他当地树林中植物的开花时间。一些科学上最伟大的突破是由那些在其领域几乎或根本没有受过正规培训的人完成的——尼古拉·特斯拉、斯里尼瓦萨·拉马努金、艾萨克·牛顿、查尔斯·达尔文。
气象学可能是最清晰的例子。早在 19 世纪 40 年代，史密森学会的第一任秘书就设想建立一个志愿者气象站网络。该项目吞噬了该机构预算的很大一部分，有时有 600 名参与者。电报帮助志愿者分享每年收集的近 50 万条观测记录。政府机构最终介入，但一个全国性的合作气象站网络至今仍然存在。它促成了关于天气模式、年降雪量、植物耐寒性和地形重要性的发现。它还使我们今天仍然依赖的干旱监测地图成为可能。
科罗拉多州气候学家诺兰·多斯肯在最近的一次演讲中说，志愿者的投入构成了“我们过去对气候了解的大部分”。“要从正确的历史角度来看待它，我们需要那个基线。”
鸟类学是另一个适合业余爱好者的领域。毕竟，观鸟者已经准备好收集数据；他们已经这样做了几个世纪。例如，灯塔看守员保存了他们看到的鸟类的详细记录。美国奥杜邦协会的圣诞节鸟类计数已经存在了 110 多年。当 eBird 于 2002 年首次启动时，其领导者有一个简单、单向的想法：观鸟者如何积累数据，使其对科学家有用？尽管研究人员已经在世界各地建立了大规模的自动化传感器网络，以监测我们环境的几乎每个方面（大气碳、河流流量、降雨量、氮污染），但一些数据收集仍然需要人类。“没有自主传感器可以识别鸟类——或任何生物，就此而言，”凯林说。“所以你必须做的是用一种可以做出正确的决策和观察的传感器来取代那些自主传感器。”换句话说，一个真人——在 eBird 的案例中，是那种痴迷于寻找、观察、计数和炫耀鸟类的人。
然而，该项目很快就碰壁了。观鸟者每月输入约 50,000 条记录，太少而无用，而且这个数字不会改变。“在两年半之后，”凯林回忆说，“我们意识到我们失败了。我们需要鸟类界的人士来支持我们。”该实验室聘请了两名经验丰富的观鸟者来负责该项目（后来又增加了一名）。
该团队很快意识到，关键是要确保观鸟者也能从中得到一些东西。eBird 科学家想要可以帮助保护的数据。然而，这不足以激励观鸟者，他们必须花费额外的时间学习数据库，改变他们的笔记习惯和上传记录。新的项目负责人也在思考观鸟者会喜欢什么工具。
观鸟最终是一种列表记录形式。因此，项目负责人之一克里斯·伍德说，为了吸引社区，eBird 必须提供新的和更好的方式来处理这些列表：组织它们、分享它们、将它们用作（主要是）友好竞争的基础。今天，eBird 几乎就像观鸟者的 Facebook，一个他们可以用来跟踪和广播他们的观鸟生活的社交网络。eBird 数据库以及相关的智能手机应用程序，让观鸟者可以组织从他们的终生列表——他们见过的所有物种——到他们见过特定物种的次数，再到他们在最喜欢的地方见过的物种列表等所有内容。同样重要的是，他们可以看到其他所有人的列表——然后尽最大努力超越他们。当姆洛迪诺夫在科罗拉多州东部草原看到两只小[姬]鹟时，他可以很快看到他的记录是今年春天最早的鸟类目击记录。“是的，我们得到了记录！”他惊呼。
“很难高估这些游戏可能产生的强大激励效果，”伍德后来说。
伍德坐在康奈尔实验室的一间会议室里——更多的是面向喧闹森林的落地窗——调出了堪萨斯州西南部一个县的记录。“你可以看到谁提交的清单最多，看到的物种最多，”他说。一直静静地坐在桌子远端的凯林突然插话
“我是汤普金斯县清单最高的人，”他吹嘘道。
“不，他不是！”伍德笑着告诉我。“他以为他是。”
尽管如此，eBird 并非全是乐趣和鸟类游戏。公民科学也面临着严峻的挑战，其中最大的挑战也许是如何确保数据的可信度。eBird 领导者帮助维护数据质量的一种方式是依靠观鸟者担任区域专家。在科罗拉多州，姆洛迪诺夫和另外两位观鸟者——科学教师比尔·施莫克和野生动物监测员克里斯蒂安·努内斯——每周花费数小时上传他们的观测记录并审查其他人的记录。他们会查看系统标记为有问题的任何数据，每月输入的 300 万条记录中高达 8% 的数据。他们的工作有助于保持记录尽可能准确。（它还训练算法根据不同贡献者的专业水平对他们的记录进行加权。）
这些努力似乎正在取得成果。eBird 数据正在站稳脚跟，并开始对公共政策产生影响。通过将 eBird 分布数据叠加在美国公共土地地图上，研究人员已经确定了哪些濒危或受威胁鸟类在一年中的哪个时间出现在哪个联邦机构的土地上——这些知识被机构用来确定预算优先事项。
一个使用 eBird 数据的新项目，称为 BirdCast，发布迁徙预测——想象一下一个天气预报，预测的是成群的巴尔的摩金莺而不是雷暴。“多普勒雷达的酷之处在于，”凯林说，“它不在乎它从什么东西上反射——虫子、烟雾、鸟类。”他调出一张熟悉的雷达图像，显示移动的云层。但他正在关注其他东西：不是风暴云团的蓝色，而是较小的绿色区域——夜间飞行的鸟群。通过将 eBird 数据与雷达图像、天气信息和计算机模型相结合，BirdCast 将很快能够为该国的任何地区生成每周迁徙预测。（目前，该实验室在春季和秋季迁徙期间发布每周预测，以及针对诸如超级风暴桑迪等不寻常事件的特别报告。）凯林说，这些报告可能会促使城市在成千上万只鸟类飞过上空的夜晚关闭市中心的灯光或风力发电场关闭涡轮机。
各种类型的公民科学项目都在产生具有实际应用的研究成果。LiMPETS 是加利福尼亚海岸的一项长期监测计划，依靠学生和教师收集数据，这些数据将有助于指导石油泄漏或其他沿海污染后的清理工作。威斯康星州自然资源部依靠公民来掌握当地空气、水和野生动物的情况。在全球范围内的非洲萨赫勒地区，由大学大气研究公司运营的脑膜炎天气项目利用村民对当地天气模式的观察来预测雨季的开始，届时脑膜炎风险会急剧下降，疫苗接种变得不必要；该项目有助于扩大疫苗供应。
除了帮助公共政策之外，公民科学还解决了规模问题。科学家不可能无处不在，这一事实使我们陷入了芝加哥阿德勒天文馆公民科学主任阿方·史密斯所说的“无知之雾”——地图上我们几乎没有关于天气事件或生物多样性等现象的历史数据的点。扩大观察世界的人数，无论是花朵、星星还是毒素，都可以提高我们理解世界的能力。
科学新领域
在波特兰一个闷热的八月周末，近 300 人挤满了俄勒冈会议中心的一个房间，参加公众参与科学研究会议。在为期两天的时间里，与会者展示了他们的项目，介绍了数据库和其他实用工具，记录了业余爱好者的历史贡献，并论证了公众参与科学可以成为变革的引擎。会议以一场关于公民科学作为一个正式领域——拥有专业的组织、年会和期刊——究竟会是什么样的大规模头脑风暴会议结束。
阿卡迪亚的米勒-拉辛和康奈尔实验室的两名研究人员，里克·邦尼和詹妮弗·希尔克，在一天晚上共进晚餐时萌生了会议的想法。2006 年，该实验室获得了美国国家科学基金会的资助，以制定公民科学的最佳实践。现在，该实验室是该领域事实上的总部。邦尼因在 20 世纪 90 年代创造了“公民科学”一词而受到赞誉；希尔克出于好奇，想知道科学家们为什么要在专业风险和潜在的后勤难题的情况下开展这些项目，她正在为她的博士学位研究该领域。
他们推动创建一个官方学科的原因之一是为了在遥远的研究领域之间交流思想：生态学、天文学、计算机科学、流行病学。公民科学的科学家需要一个论坛，希尔克说，“聚在一起说，‘这是我在做的事情，这是我们正在努力解决的事情。’”研究人员可以从彼此在招募志愿者或应对海量数据等任务中的成功或失败中汲取经验。
为了使公众参与科学研究成为一个独立的领域，它必须解决一些挑战。首先，如何将截然不同的目标和项目类型结合在一起？研究人员曾尝试对项目进行分类，但在根本层面上，公民科学项目分为两类：公众直接为科学家服务的项目和科学家直接为公众服务的项目。（这两组并非相互排斥；拥有关于动物迁徙或干旱或分子结构的更好数据，可以说也为公众服务。）
星系动物园拥有世界上一些最好的天文信息，它始于一群博士后研究人员，他们淹没在斯隆数字巡天项目的下载数据中。星系动物园现在包括来自哈勃太空望远镜的图像，并衍生出一个名为 Zooniverse 的在线公民科学项目家族，志愿者在其中帮助理解数据。Zooniverse 的近 720,000 名参与者转录了来自第一次世界大战军舰的气象观测记录，识别了来自海底照片中的物种，并对鲸鱼叫声进行了分类。科学家从所有这些项目中受益。另一方面，参与伦敦大学学院新的极端公民科学 (ExCiteS) 小组的研究人员正在帮助边缘化社区通过科学赋能自己。在一个最近的项目中，伦敦一个破败社区的居民使用分贝监测仪收集了 1,100 多个噪音样本，以表明附近的一个废品场震耳欲聋。该大学的地理信息系统 (GIS) 专家将这些数据转换为社区噪音地图，这对于说服当地官员规范废品场的音量起到了重要作用。
此类基于社区的项目将科学转变为一种社会事业。在波特兰会议上，一位与会者谈到“整合多种知识”——来自土著社区、当地猎人或其他具有传统知识或对地方有深刻认识的人的信息。这个概念可能让一些科学家难以接受。
ExCiteS 的联合主任穆基·哈克莱认为，现在是时候进化了。研究人员需要将公民科学仅仅视为“产生科学知识的不同方式”，他说。例如，当伦敦社区测量噪音水平时，哈克莱说，他并没有将结果作为最终的科学结论呈现出来。他只是将它们作为证据传递给地方当局，表明他们需要前来查看。“你为你所说的价值以及它与人们生活的相关性提出主张，”他指出。
公民科学最重要的贡献之一最终可能是通过让外行人直接接触科学过程来传播科学素养。“我真的很喜欢这个想法，”史密斯说，“提高对科学方法的理解，让人们参与到科学的细枝末节中。如果你能看到更多实际过程，并接触到更多科学工作流程的部分，那么这将是好事。”
无论是学习椭圆星系和螺旋星系之间的区别，发现蛋白质的结构如何决定其功能，帮助计数野生动物，还是解读当地溪流的化学成分，直接参与科学的行为都可能具有变革性。在波特兰会议上，以其海龟保护工作而闻名的海洋生物学家华莱士·J·尼科尔斯将公民科学家比作海星的断臂，它们断裂、漂走并形成新的生物，这在房间里引起了明显的兴奋。“你永远不知道他们会做什么，”尼科尔斯说。
去年春天的一个阳光明媚的下午，在科罗拉多州的一个观鸟热点地区与 eBird 的姆洛迪诺夫、施莫克和努内斯一起游览时，我问他们为什么在这个项目上投入这么多时间。我想知道他们是否只是做好事的人，或者他们是否感到对 eBird 有某种责任感，因为 eBird 现在给了他们方便的新工具。“对于许多认真的观鸟者来说，”姆洛迪诺夫回答说，“科学部分值得注意。我们经常试图解剖亚种，以弄清楚亚种的分布范围——这实际上是未知的，尤其是在迁徙期间。我认为，从长远来看，这将改变我们对亚种分布地点的理解。” 听起来像一个真正的科学家。