Migrating in a warming world: A deep learning approach to predict pan-American seasonal shifts in the monarch butterfly niche
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Climate change is driving biodiversity loss, disrupting ecosystem functioning, and altering species distributions. Migratory species, whose range varies across seasons depending on specific climatic conditions, are particularly sensitive to environmental changes and serve as indicators of ecosystem health. However, current species distribution models often fail to capture the temporal dynamics critical for migratory species, limiting their ability to provide accurate future range estimations. In this study, we address this gap by developing a time-aware deep learning species distribution model for the monarch butterfly ( Danaus plexippus ), an iconic species for biodiversity conservation. Using monarch occurrence records across the Americas gathered from scientific and citizen science sources, we embed the effect of monthly climatic variables in a sequential framework. We compare the performance of our seasonal model to conventional time-static baselines, showing not only better performance in the present, where the models have been trained and validated, but also in the past. Our findings show that climatic factors such as humidity, temperature, precipitation and cloud coverage strongly influence the ecological niche of the monarch butterfly, with notable seasonal and spatial variability. Applying our model under climate change scenarios, we predict a northwestward shift in the monarch range by the end of the XXI century, with expansion in Canada and significant contraction in California and Central America, key sites for overwintering that also host resident monarch populations. These changes could severely impact the species migratory cycle and population stability. Using Shapley values, an explainable AI technique, we identify the decrease in precipitation and humidity as important environmental drivers responsible for the contraction of overwintering sites. By focusing on a species of high ecological relevance through a time-aware modeling approach, this work brings novel insights for the conservation of migratory species in the face of the challenges posed by climate change.
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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 | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
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 ».