Життя - це рух: перспективи телеметричних досліджень • Олена Наймарк • Новини науки на "Елементи" • Іхтіологія, Технології, Біотехнології

Життя – це рух: перспективи телеметричних досліджень

Мал. 1. Радіодатчики, прикріплені до кількох самок білої акули, протягом двох років передавали через супутники дані про їх пересування. Це дозволило виявити дворічний цикл, пов'язаний з шлюбними міграціями, вагітністю і народженням дитинчат, визначити "пологові майданчика" цієї безжальної і рідкісної риби. Фотографія зі статті M. L. Domeier, N. Nasby-Lucas, 2013. Two-year migration of adult female white sharks (Carcharodon carcharias) Reveals widely separated nursery areas and conservation concerns

Група фахівців-океанографів представила огляд перспективного напряму досліджень – телеметричних спостережень за морськими мешканцями. Сучасні технології відкривають широкі можливості застосування телеметрії: датчики стали багатофункціональними, мініатюрними, енергозберігаючими і енергоємними. З їх допомогою можна відстежувати переміщення різних видів хребетних і безхребетних тварин як в локальному, так і в планетарному масштабі, поєднуючи ці дані з вимірами різних параметрів навколишнього середовища. Так океанографам і екологам стає доступний величезний пласт нової інформації.

В екологічних побудовах і популяційної генетики організм часто сприймається як суб'єкт фізіологічних потреб, як носій генетичної інформації, як носій того або іншого поведінкового патерну.Але куди, як і чому він все це несе? Переміщення організму безпосередньо відображають його зв'язок з навколишнім простором, тому важливо розуміти шляху руху індивідуальних організмів, а не тільки цілих груп.

До останнього часу вивчати міграції було дуже важко: простору величезні, а можливості стеження були сильно обмежені. Про міграціях судили за непрямими даними – реєстрували місця повторного потрапляння мічених особин, відстежували переміщення скупчень тварин, за великими тваринами спостерігали з вертольотів. Всього тридцять років тому була опублікована перша робота по телеметрії – протягом 17 днів реєструвалося положення китової акули поблизу поверхні води (I. G. Priede, 1984. A basking shark (Cetorhinus maximus) Tracked by satellite together with simultaneous remote sensing). Реєстрація велася за допомогою радіосигналу, який передавався на супутникову систему. Так визначалося положення акули в просторі.

Але в останні два десятиліття техніка розвивалася швидкими темпами, так що телеметрія з тих пір змінилася. Радіосигнали в передавачах скомбінувати з акустичними сигналами, супутниковий зв'язок абсолютно налагодилася, передавачі стали мініатюрними (радіопередавач тепер важить близько 1,4 грама),тривалість життя енергоносія передавача тепер вимірюється роками, розроблені глобальні бази даних … Все це істотно розширило і область застосування подібних досліджень, і набір тварин, здатних нести передавач. З початку XXI століття вже опубліковано близько тисячі робіт по акустичної та супутникової телеметрії. Перспективи таких досліджень колосальні. Ось лише кілька прикладів вже зроблених відкриттів.

Морські черепахи роблять трансокеанічних міграції – це відкрила телеметрія. Радіопередавачі кріплять до панцира черепахи, і, коли вона виринає, щоб вдихнути, сигнал передається на супутник (рис. 2). Коли черепаха знаходиться під водою, передавач вимикається, зберігаючи енергію. За координатами передавача вимальовується шлях черепахи (див. Відео).

Мал. 2. Річні шляху кількох самок шкірястих черепах після відкладання яєць (особини відзначені кожна своїм кольором і буквою). Вони відправляються в подорож через Атлантичний океан, їдять, що трапляється по дорозі, рідко зупиняючись навіть в місцях з високою концентрацією їжі. Такі далекі, безупинний переміщення сильно відрізняються від звичайних харчових міграцій шкірястих черепах, ще не відклали яєць. Графік з обговорюваної статті в Science з посиланням до оргинальний роботі G. C. Hays et al., 2006.Flexible foraging movements of leatherback turtles across the North Atlantic Ocean

Таким же чином протягом кількох місяців стежили за загадковими переміщеннями європейських вугрів, які стартували від берегів Європи і проплив тисячу з лишком кілометрів до Саргасового моря; за вертикальними і горизонтальними міграціями китів, акул, тунців, кальмарів. Потрібно відзначити, що актуальними з господарської точки зору вважаються роботи по міграціям лососевих риб і акул, тому таких досліджень найбільше. Але з'являються і більш екзотичні об'єкти телеметричних досліджень, як, наприклад, гігантські кальмари (W. F. Gilly et al., 2006. Vertical and horizontal migrations by the jumbo squid Dosidicus gigas revealed by electronic tagging) і креветки (M. D. Taylor, A. Ko, 2011. Monitoring acoustically tagged king prawns Penaeus (Melicertus) plebejus in an estuarine lagoon).

Зараз, звичайно, можливості датчиків набагато витонченішими, ніж проста реєстрація координат. Датчики попутно вимірюють температуру, солоність води, швидкість течії (тобто, по суті, швидкість руху "підопічного"). За рахунок цього завдання досліджень урізноманітнюються і ускладнюються. Так, було доведено, що висока смертність в північно-західній популяції сивучей – це результат хижацтва полярних акул (M. Horning, J. E. Mellish, 2014. In cold blood: evidence of Pacific sleeper shark (Somniosus pacificus) Predation on Steller sea lions (Eumetopias jubatus) In the Gulf of Alaska). Перш полярних акул не рахували скільки-небудь значним ворогом сивучей, але саме так і сталося.Це з'ясували, зіставляючи різні показники датчиків, імплантованих в черевну стінку тюленя. Датчики відстежували температуру, глибину, місце розташування і наявність світла. Датчики мали позитивну плавучість і, якщо реєструвався світло, то це означало, що датчик сплив на поверхню, а з тюлененком щось трапилося. Що саме сталося, визначали за динамікою температури: якщо світло засікати відразу або через деякий час після різкого зниження температури, то це вказувало на насильницьку смерть, а якщо температура знижувалася поступово, то смерть була природною. Полярні акули, як з'ясувалося, нападають на молодих тюленів: приблизно половина мічених датчиками тварин віком від півтора до чотирьох років загинула від нападів акул. "Особистість" хижаків припустили, знову ж таки, за температурними вимірам тих датчиків, що опинилися в тілі акули після вдалого обіду, – серед всіх небезпечних для сивучей хижаків тільки у полярних акул температура тіла близька до температури води.

Цікавий приклад дослідження харчової поведінки північних морських слонів, виконаного за допомогою комбінованих датчиків, укріплених на щелепах тварин (Y. Naito et al., 2013.Unravelling the mysteries of a mesopelagic diet: a large apex predator specializes on small prey). Вони дозволили реєструвати не тільки параметри навколишнього середовища, а й руху щелеп. З'ясувалося, що морські слони харчуються в мезопелагіалі (області в товщі води на глибині 200-1000 метрів; см. Mesopelagic zone), а їх видобуток становлять невеликі, приблизно 10-20 см, тварини (рис. 3). Так що морські слони зовсім не вибагливі – цим гучним морським гігантам для їжі, як не дивно, підходить будь-яка дрібниця. Вони, швидше за все, навіть не можуть розрізняти здобич.

Мал. 3. Тривимірна карта переміщень одного з чотирьох морських слонів з прикріпленими телеметричним датчиками. Біла лінія – це шлях пливе тваринного, пірнає і піднімається до поверхні. червоними крапками відзначені моменти руху щелеп. Добре видно, що морський слон ловить рибу на певній глибині і що основна мета його занурень – саме видобуток їжі. Non JME dives – занурення без рухів щелеп. Малюнок з обговорюваної статті в Science з посиланням на оригінальну статтю Y. Naito et al., 2013. Unravelling the mysteries of a mesopelagic diet: a large apex predator specializes on small prey

Цікаві також порівняння переміщень видів, складових вершини харчової піраміди. Вони показують, наскільки види розмежовують простір через конкуренцію або інших причин (рис. 4).Або навпаки, виявляється, що передбачувані конкуренти прекрасно співіснують і харчуються на одній акваторії. Такі висновки можливі тільки як результат довготривалих і масштабних телеметричних спостережень.

Мал. 4. Весняні міграції гребучий (humpback whales) і гренландських полярних китів (bowhead whales). кольоровими лініями окреслені зони основних локалізацій мічених китів за три роки (з 2008 по 2010). Горбачі харчуються крилем, гренландські кити – дрібною рибою, яка споживає криль. Міграції цих двох видів роз'єднані в часі і просторі. Але, як показують дані, в найближчому майбутньому через потепління горбачі і полярні кити можуть розширити свій ареал і почати конкурувати на одній акваторії. Малюнок з обговорюваної статті в Science з посиланням на оригінальну статтю K. L. Laidre, M. P. Heide-Jørgensen, 2012. Spring partitioning of Disko Bay, West Greenland, by Arctic and Subarctic baleen whales

Авторам огляду бачиться особливо важливим застосування телеметрії для збору різних океанографічних даних, недоступних іншими способами. Дійсно, важко отримати надійні відомості, наприклад, про умови під льодовою товщею. Але, прикріпивши багатофункціональний датчик до того чи іншого активного полярного мешканцеві, такі відомості можна отримати порівняно легко.Так, нарвали і білухи "досліджували" водні товщі під арктичним льодом, морські леви виявилися незамінними "дослідниками" південно-антарктичних вод.

Зараз відпрацьована хороша технологічна база для різних телеметричних проектів. Потрібні скоординовані робочі зусилля по цим проектам і об'єднання всіх цих даних в єдину мережу. Таке об'єднання дасть загальну масштабну картину про реальне життя на нашій планеті.

джерело: Nigel E. Hussey et al. Aquatic animal telemetry: A panoramic window into the underwater world // Science. 2015. V. 348. P. 1221. DOI: 10.1126 / science.1255642.

Олена Наймарк


Like this post? Please share to your friends:
Залишити відповідь

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: