Leben ist Bewegung: Perspektiven telemetrischer Forschung • Elena Naimark • Wissenschaftsnachrichten zu "Elementen" • Ichthyologie, Technologie, Biotechnologie

Das Leben ist Bewegung: die Aussicht auf telemetrische Forschung

Abb. 1. Funksensoren an mehreren Weibchen des Weißen Hais übermittelten Daten über Satelliten für zwei Jahre. Dies ermöglichte es, einen zweijährigen Zyklus zu identifizieren, der mit Paarungswanderungen, der Schwangerschaft und der Geburt von Jungtieren verbunden war, um die "Lieferorte" dieses blutrünstigen und seltenen Fisches zu bestimmen. Foto von M. L. Domeier, N. Nasby-Lucas, 2013. Zweijährige Migration weißer weiblicher Haie (Carcharodon carcharias) zeigt weit voneinander entfernte Kindergärten

Eine Gruppe von Meeresforschern präsentierte einen Überblick über ein vielversprechendes Forschungsgebiet – telemetrische Beobachtungen des Meereslebens. Moderne Technologien eröffnen große Möglichkeiten für den Einsatz von Telemetrie: Die Sensoren sind multifunktional, miniaturisiert, energiesparend und energieintensiv geworden. Mit ihrer Hilfe können Sie die Bewegungen verschiedener Arten von Wirbeltieren und wirbellosen Tieren sowohl lokal als auch im planetaren Maßstab verfolgen und diese Daten mit Messungen verschiedener Umweltparameter verbinden. Eine große Menge neuer Informationen steht Ozeanographen und Ökologen zur Verfügung.

In ökologischen Konstruktionen und in der Populationsgenetik wird ein Organismus oft als Subjekt physiologischer Bedürfnisse wahrgenommen, als Träger von genetischer Information, als Träger des einen oder anderen Verhaltensmusters.Aber wo, wie und warum trägt er das alles? Die Bewegungen eines Organismus spiegeln unmittelbar seine Verbindung mit dem umgebenden Raum wider, daher ist es wichtig, die Bewegungsbahnen einzelner Organismen und nicht nur ganzer Gruppen zu verstehen.

Bis vor kurzem war es sehr schwierig, Migration zu studieren: Die Räume sind riesig und die Tracking-Möglichkeiten waren stark eingeschränkt. Die Migration wurde anhand indirekter Daten beurteilt – die Orte des Wiedereintritts von markierten Individuen wurden aufgezeichnet, die Bewegungen von Tiergruppen wurden überwacht und große Tiere wurden von Hubschraubern beobachtet. Erst vor dreißig Jahren wurde die erste Telemetrie-Arbeit veröffentlicht – 17 Tage lang wurde die Position des Walhais nahe der Wasseroberfläche aufgezeichnet (I. G. Priede, 1984). Ein Riesenhai (Cetorhinus maximus) über Satellit mit gleichzeitiger Fernerkundung verfolgt). Die Registrierung wurde unter Verwendung eines Funksignals durchgeführt, das an das Satellitensystem übertragen wurde. So wurde die Position des Hais im Weltraum bestimmt.

Aber in den letzten zwei Jahrzehnten hat sich die Technologie rasant entwickelt, so dass sich die Telemetrie seitdem verändert hat. Die Funksignale in den Sendern kombiniert mit akustischen Signalen, die Satellitenkommunikation hat sich komplett verbessert, die Sender sind miniaturisiert (der Funksender wiegt jetzt ca. 1,4 Gramm)Die Lebensdauer des Energieelements des Senders wird nun in Jahren gemessen, globale Datenbanken wurden entwickelt … All dies hat den Umfang solcher Studien und die Menge der Tiere, die den Sender tragen können, erheblich erweitert. Seit Beginn des XXI. Jahrhunderts sind bereits über tausend Arbeiten zur Schall- und Satellitentelemetrie veröffentlicht worden. Die Aussichten für eine solche Forschung sind kolossal. Hier sind nur einige Beispiele für Entdeckungen, die bereits gemacht wurden.

Meeresschildkröten machen transozeanische Wanderungen – das wurde durch Telemetrie entdeckt. Funksender sind an der Schildkrötenpanzerung angebracht, und wenn sie einatmen, wird das Signal an den Satelliten übertragen (Abb. 2). Wenn die Schildkröte unter Wasser ist, schaltet sich der Sender aus und spart Energie. An den Koordinaten des Senders liegt der Weg der Schildkröte (siehe Video).

Abb. 2 Jährliche Wege von mehreren weiblichen Lederschildkröten nach Eiablage (Individuen sind jeweils markiert nach Farbe und per Brief). Sie begeben sich auf eine Reise über den Atlantik, essen, was entlang der Straße kommt, und halten selten an Orten mit einer hohen Konzentration an Lebensmitteln. Solche entfernten Nonstop-Bewegungen unterscheiden sich stark von den üblichen Nahrungswanderungen von Lederschildkröten, die noch keine Eier gelegt haben. Zeitplan von Artikel in der Diskussion Wissenschaft mit Bezug auf das Originalwerk von G. C. Hays et al., 2006.Flexible Nahrungsbewegungen von Lederschildkröten über den Nordatlantik

In gleicher Weise verfolgten sie mehrere Monate lang die mysteriösen Bewegungen der europäischen Aale, die von den Küsten Europas aus begannen und über tausend Kilometer bis zur Sargassosee segelten; für vertikale und horizontale Wanderungen von Walen, Haien, Thunfischen, Tintenfischen. Es sollte beachtet werden, dass die Arbeit an der Migration von Lachsfischen und Haien aus wirtschaftlicher Sicht als relevant betrachtet wird, daher sind solche Studien am meisten. Aber es gibt auch exotischere Objekte der telemetrischen Forschung, wie Riesenkalmaren (W. F. Gilly et al., 2006). Vertikale und horizontale Wanderungen durch den Riesenkalmar Dosidicus gigas offenbart durch elektronische Markierung) und Shrimps (M. D. Taylor, A. Ko, 2011. Überwachung akustisch markierte Riesengarnelen Penaeus (Melicertus) plebejus in einer Mündungs-Lagune).

Nun, natürlich sind die Fähigkeiten der Sensoren viel ausgeklügelter als die einfache Registrierung von Koordinaten. Sensoren messen gleichzeitig die Temperatur, den Salzgehalt des Wassers, die Strömungsgeschwindigkeit (dh die Geschwindigkeit der Bewegung der "Station"). Aus diesem Grund sind die Forschungsaufgaben vielfältig und kompliziert. So wurde nachgewiesen, dass die hohe Mortalität in der nordwestlichen Seelöwenpopulation das Ergebnis der Prädation von Polarhaien ist (M. Horning, J. E. Mellish, 2014).Somniosus pacificus) Prädation auf Steller Seelöwen (Eumetopias jubatus) im Golf von Alaska). Bevor die Polarhaie keinen bedeutenden Seelöwenfeind betrachteten, stellte sich dies heraus.Es wurde herausgefunden, indem verschiedene Messwerte von Sensoren verglichen wurden, die in die Abdominalwand von Dichtungen implantiert wurden. Sensoren überwachten Temperatur, Tiefe, Position und Licht. Die Sensoren hatten einen positiven Auftrieb, und wenn das Licht aufgezeichnet wurde, schwebte der Sensor an der Oberfläche und etwas passierte mit der Dichtung. Was genau passierte, wurde durch die Temperaturdynamik bestimmt: Wenn das Licht sofort oder einige Zeit nach einem starken Temperaturabfall entdeckt wurde, deutete dies auf einen gewaltsamen Tod hin, und wenn die Temperatur allmählich sank, war der Tod natürlich. Polare Haie greifen, wie sich herausstellte, junge Robben an: Etwa die Hälfte der Tiere, die mit Sensoren von anderthalb bis vier Jahren markiert sind, starben an Haiattacken. Die "Persönlichkeit" der Fressfeinde legt wiederum nahe, dass nach den Temperaturmessungen jener Sensoren, die nach einem erfolgreichen Abendessen im Haifischkörper auftraten, unter all den für Seelöwen gefährlichen Räubern nur die Polarhaie eine Körpertemperatur nahe der Wassertemperatur haben.

Ein interessantes Beispiel ist das Studium des Fressverhaltens von Nordsee-Elefantenrobben, das mit kombinierten Sensoren am Tierkiefer hergestellt wurde (Y. Naito et al., 2013).Die Geheimnisse einer mesopelagischen Ernährung aufdecken: ein großer Apex-Räuber ist auf kleine Beute spezialisiert. Sie haben erlaubt, nicht nur Umweltparameter, sondern auch Bewegungen von Kiefern zu registrieren. Es wurde festgestellt, dass Seeelefanten sich in der mesopelagischen Zone ernähren (Bereiche in der Wassersäule in einer Tiefe von 200-1000 Metern; siehe Mesopelagische Zone), und ihre Beute besteht aus kleinen, etwa 10-20 cm großen Tieren (Abb. 3). Also, Seeelefanten sind überhaupt nicht wählerisch – überraschenderweise ist jede Kleinigkeit geeignet, um diese lauten Seegiganten zu essen. Sie können höchstwahrscheinlich nicht einmal zwischen Beute unterscheiden.

Abb. 3 Dreidimensionale Karte der Bewegungen eines der vier See-Elefanten mit Telemetriesensoren. Weiße Linie – Dies ist der Weg eines schwimmenden Tieres, das taucht und an die Oberfläche steigt. Rote Punkte markierte Momente der Kieferbewegung. Es ist deutlich zu sehen, dass der Seeelefant Fische in einer bestimmten Tiefe fängt und dass der Hauptzweck seiner Tauchgänge genau die Entnahme von Nahrung ist. Nicht-JME-Tauchgänge – Tauchgänge ohne Kieferbewegungen. Abbildung aus dem besprochenen Artikel in Wissenschaft mit Bezug auf den Originalartikel von Y. Naito et al., 2013. Die mesopelagische Ernährung verstehen: Ein großer Apex-Räuber spezialisiert sich auf kleine Beutetiere

Neugierig sind auch Vergleiche von Bewegungen der Arten, die die Spitze der Nahrungspyramide ausmachen. Sie zeigen, wie die Arten den Raum aufgrund von Konkurrenz oder aus anderen Gründen begrenzen (Abb. 4).Oder im Gegenteil, es scheint, dass die potenziellen Konkurrenten perfekt koexistieren und sich auf derselben Wasserfläche ernähren. Solche Schlussfolgerungen sind nur als Ergebnis von telemetrischen Langzeitbeobachtungen möglich.

Abb. 4 Frühlingswanderungen von Buckelwalen (Buckelwalen) und Grönlandwalen (Grönlandwale). Farbige Linien umreißt die Gebiete der hauptsächlichen Lokalisierung von markierten Walen für drei Jahre (von 2008 bis 2010). Buckelwale ernähren sich von Krill, während Grönlandwale kleine Fische fressen, die Krill konsumieren. Migrationen dieser beiden Arten sind zeitlich und räumlich getrennt. Aber, wie die Daten zeigen, können Buckelwale und Polarwale in naher Zukunft aufgrund der Erwärmung ihre Reichweite vergrößern und beginnen, im selben Wassergebiet zu konkurrieren. Abbildung aus dem besprochenen Artikel in Wissenschaft unter Bezugnahme auf den Originalartikel von K. L. Laidre, M. P. Heide-Jørgensen, 2012. Frühjahrspartitionierung der Bucht von West, Grönland

Die Autoren der Studie halten es für besonders wichtig, Telemetrie zu verwenden, um verschiedene ozeanographische Daten zu sammeln, die auf andere Weise nicht zugänglich sind. In der Tat ist es schwierig, verlässliche Informationen beispielsweise über die Bedingungen unter dem Eis zu erhalten. Aber durch Anbringen eines multifunktionalen Sensors an den einen oder anderen aktiven polaren Bewohner kann eine solche Information relativ einfach erhalten werden.So "erforschten" die Narwale und Beluga-Weißen die Wasserschicht unter dem arktischen Eis, Seelöwen erwiesen sich als unverzichtbare "Forscher" der südantarktischen Gewässer.

Eine gute technologische Basis für verschiedene telemetrische Projekte wurde jetzt entwickelt. Wir brauchen koordinierte Arbeitsanstrengungen bei diesen Projekten und kombinieren all diese Daten zu einem einzigen Netzwerk. Eine solche Assoziation wird ein allgemeines Bild des wirklichen Lebens auf unserem Planeten geben.

Quelle: Nigel E. Husseyet al. Telemetrie von Wassertieren: Ein Panoramafenster in die Unterwasserwelt // Wissenschaft. 2015. V. 348. P. 1221. DOI: 10.1126 / science.1255642.

Elena Naimark


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