Экологи должны понимать поведение диких животных, чтобы сохранять виды, но следование за животными может быть дорогим, опасным, а иногда и невозможным в случае животных, которые перемещаются под водой или в труднодоступные места.
Ученые обратились к следующей лучшей вещи: устройствам биологирования, которые можно прикреплять к животным и собирать информацию о движении, частоте дыхания, частоте сердечных сокращений и многом другом.
Однако для получения точной картины того, что делает помеченное животное, когда оно путешествует по окружающей среде, требуется статистический анализ, особенно когда речь идет о перемещении животных, и методы, используемые статистиками, постоянно развиваются, чтобы в полной мере использовать большие и сложные наборы данных, которые доступны.
Недавнее исследование, проведенное учеными из Института океанов и рыболовства (IOF) и статистического отдела Университета Британской Колумбии, приблизило нас к пониманию поведения северных косаток за счет улучшения статистических инструментов, полезных для идентификации животных. поведение, которое нельзя наблюдать напрямую.
«В этой статье мы действительно пытались понять некоторые из тех мелкомасштабных моделей поведения, которые не так-то просто смоделировать», - сказал Эван Сидроу, аспирант кафедры статистики и ведущий автор исследования. «Это вопрос обнаружения поведения порядка секунд - может быть, 10-15 секунд. Обычно кит осматривается, а затем активно плывет в течение секунды, чтобы добраться до нового места. Мы пытаемся наблюдать мимолетное поведение, как кит ловит рыбу."
Исследовательская группа улучшила статистический инструмент, основанный на так называемой скрытой марковской модели, которая помогает раскрыть тайны, скрытые в наборах данных о перемещениях животных.
«Традиционные скрытые марковские модели не работают в очень мелких масштабах», - сказал Сидроу. «Это потому, что в данных есть структура, которую вы не можете зафиксировать, используя базовый тип скрытой марковской модели. Мы пытаемся зафиксировать ее с помощью этой модели - мы пытаемся объяснить эту «волнистость», которую традиционная скрытая марковская модель не смог бы объяснить."
Другими словами, теперь, когда метки могут собирать данные почти непрерывно, у исследователей остается огромное количество точек данных, полученных с разницей в доли секунды, и традиционные марковские модели и статистические методы с трудом интерпретируют такую высокочастотную информацию - отсюда и необходимость в более продвинутой марковской модели, предложенной в исследовании.
Используя расширенные скрытые марковские модели, команда обнаружила некоторые неизведанные особенности поведения северных косаток. Кит, на котором они разрабатывали модель, предпочитал экономить энергию, скользя по воде при совершении глубоких погружений, а когда находился ближе к поверхности, двигался более активно, быстрее разгоняясь и чаще «вихляя» хвостом.
Понимание этих моделей погружения будет иметь решающее значение для сохранения китов, потому что это поможет исследователям узнать, сколько энергии требуется китам для поддержания себя.
По словам Сидроу, применение этого метода выходит далеко за рамки данных о перемещении китов.
«Это может быть применено практически к любым данным о перемещении животных», - сказал он. «Если вы помечаете животных и хотите понять их мелкомасштабное поведение, то этот метод может быть полезен - даже для таких вещей, как взмахи крыльев птиц».
Это может оказаться полезным даже в областях, не связанных с экологией, например, для определения того, когда машины могут сломаться, путем классификации, когда части внутри них вибрируют ненормально.
Работа является одним из первых шагов на пути к полному пониманию того, почему южные косатки живут не так хорошо, как их северные собратья, по словам доктора Мари Оже-Мете, старшего автора исследования и доцент кафедры статистики и Института океанов и рыбного хозяйства.
«Использование наших методов для определения того, когда животные ловят добычу, и моделирования расхода их энергии станет ключом к пониманию различий между этими соседними популяциями китов», - сказала она.
Следующая цель - понять, когда киты ловят добычу, и применить модели к северным и южным популяциям косаток, чтобы увидеть, как они ведут себя по-разному.
«В документе предлагается множество решений из «строительных блоков», которые можно использовать вместе или по отдельности», - сказал д-р Оже-Мете. «По сути, мы предоставляем набор инструментов для исследователей, использующих данные о высокочастотных движениях и другие подобные высокочастотные временные ряды».