Supervised machine learning is superior to indicator value inference in monitoring the environmental impacts of salmon aquaculture using eDNA metabarcodes
Notice bibliographique
Résumé
Increasing anthropogenic impact and global change effects on natural ecosystems has prompted the development of less expensive and more efficient bioassessments methodologies. One promising approach is the integration of DNA metabarcoding in environmental monitoring. A critical step in this process is the inference of ecological quality (EQ) status from identified molecular bioindicator signatures that mirror environmental classification based on standard macroinvertebrate surveys. The most promising approaches to infer EQ from biotic indices (BI) are supervised machine learning (SML) and the calculation of indicator values (IndVal). In this study we compared the performance of both approaches using DNA metabarcodes of bacteria and ciliates as bioindicators obtained from 152 samples collected from seven Norwegian salmon farms. Results from standard macroinvertebrate-monitoring of the same samples were used as reference to compare the accuracy of both approaches. First, SML outperformed the IndVal approach to infer EQ from eDNA metabarcodes. The Random Forest (RF) algorithm appeared to be less sensitive to noisy data (a typical feature of massive environmental sequence data sets) and uneven data coverage across EQ classes (a typical feature of environmental compliance monitoring scheme) compared to a widely used method to infer IndVals for the calculation of a BI. Second, bacteria allowed for a more accurate EQ assessment than ciliate eDNA metabarcodes. For the implementation of DNA metabarcoding into routine monitoring programmes to assess EQ around salmon aquaculture cages, we therefore recommend bacterial DNA metabarcodes in combination with SML to classify EQ categories based on molecular signatures.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,012 | 0,024 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,002 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».