Анализируя отпечатки лап, исследователи теперь могут идентифицировать жизненно важные виды, не полагаясь на медленные или инвазивные методы анализа ДНК.
Сокращение численности львов и панд часто привлекает внимание мировой общественности, но среди мелких млекопитающих разворачивается более спокойный и потенциально более разрушительный кризис. Эти крошечные животные исчезают с угрожающей скоростью, и их потеря может иметь серьезные последствия для биоразнообразия. Мелкие млекопитающие являются мощными индикаторами состояния окружающей среды, однако их отслеживание долгое время было сложной задачей, поскольку многие виды играют различную экологическую роль, хотя выглядят почти одинаково.
Исследователи разработали новый способ идентификации и мониторинга этих животных, анализируя их следы. Этот метод был опробован на двух почти неразличимых видах сенги и позволил достичь точности в 96 процентов, что стало новым многообещающим инструментом для науки о сохранении природы.
«У нас было две основные причины для проведения этого исследования», — сказала доктор Зои Джуэлл из Николаевской школы окружающей среды Университета Дьюка, соавтор статьи в журнале Frontiers in Ecology and Evolution. «Во-первых, чтобы найти лучший, более этичный и научно обоснованный способ мониторинга даже самых крошечных видов, а во-вторых, чтобы обеспечить надежный и широкий показатель целостности экосистемы, который можно было бы применять регулярно — новый импульс на планете».
Почему мелкие млекопитающие имеют значение
Несмотря на свои размеры, мелкие млекопитающие играют важную роль в экосистемах и быстро реагируют на изменения окружающей среды. Из-за этой чувствительности изменения в их популяциях могут служить ранними предупреждающими признаками экологических нарушений. Однако точный мониторинг их состояния затруднен. Многие из них относятся к так называемым загадочным видам, что означает, что визуально их практически невозможно отличить друг от друга.
Эта проблема проиллюстрирована двумя видами, использованными для тестирования новой технологии footprint: восточным скалистым сенги и бушвелдским сенги. Хотя они кажутся почти идентичными, они живут в разных средах обитания и сталкиваются с разным давлением окружающей среды.
«Часто различить загадочные виды можно только с помощью ДНК, что может быть медленным, инвазивным и дорогостоящим процессом», — объяснил Джуэлл. «Действительно важно знать, что есть что, потому что, хотя эти виды могут выглядеть одинаково, они сталкиваются с разными экологическими угрозами и играют разную роль в окружающей среде. Например, в нашем исследовании один из сенги обитает исключительно в скалистых местообитаниях, а другой — на песке, и каждый из них может действовать независимо в качестве индикатора в этих условиях».
Как отпечатки ног выявляют видовую принадлежность
Хотя два вида сенги внешне похожи, их ступни не совсем одинаковы. Незначительные различия в форме ступней оставляют отчетливые следы. Исследовательская группа сосредоточилась на выявлении и анализе этих различий, обучив компьютерную модель распознавать, какие следы принадлежат к какому виду.
Рассматривая идентификацию отпечатков пальцев как проблему цифрового отслеживания, ученые стремились заменить инвазивные и дорогостоящие методы мониторинга более быстрой и практичной альтернативой.
Полевые исследования в Южной Африке
Исследователи собрали сенги в двух местах Южной Африки: природном заповеднике Тельперион и заповеднике Цвалу-Калахари. Все 18 сенги Бушвельда были найдены в Цвалу, а 19 сенги Восточной скалы были обнаружены в обоих местах. Некоторые восточные скальные сенги обитали в непосредственной близости от Бушвельд-сенги, что является удивительным результатом, поскольку заповедник Цвалу-Калахари находится за пределами предполагаемого ареала обитания этого вида.
Это неожиданное совпадение подчеркнуло важность совершенствования инструментов мониторинга, поскольку виды могут расширять или изменять свои ареалы обитания, оставаясь незамеченными.
Животных отлавливали с помощью специально разработанных ловушек, наполненных мягкой подстилкой и кормом, в том числе овсяными хлопьями, арахисовым маслом и мармитом, которые они находят особенно вкусными, а затем помещали в ящик для сбора отпечатков ног. Внутри коробки специальная бумага и угольная пыль побуждали сенги передвигаться по поверхности, оставляя за собой четкие следы. Затем каждое животное было выпущено целым и невредимым в первоначальном месте отлова.
Превращая следы в данные
Изображения отпечатков ног с высоким разрешением были проанализированы с помощью программного обеспечения для морфометрии, которое измеряло характеристики формы и размера. Исследователи сосредоточились на отпечатках спереди, которые неизменно давали самые четкие и отличительные признаки. Первоначально было определено более 100 возможных параметров.
Затем было проведено статистическое тестирование, чтобы определить, какая комбинация признаков наиболее эффективно разделяет эти два вида.
Точность без использования инвазивных методов
В результате этого анализа были выбраны девять ключевых признаков отпечатка и протестированы на ранее невиданных изображениях и наборах следов. В ходе всех испытаний система правильно идентифицировала вид в 94-96% случаев.
Результаты показывают, что анализ отпечатков может предложить простой, доступный и неинвазивный способ подтверждения присутствия вида и отслеживания изменений в численности популяции и географическом ареале. Исследовательская группа планирует распространить этот подход на другие виды, обучив новые модели работе с дополнительными наборами данных. Они также надеются сравнить анализ отпечатков с другими неинвазивными методами мониторинга, чтобы увидеть, как различные инструменты могут работать вместе.
«Мелкие млекопитающие существуют практически в каждой экосистеме на планете, и наша технология достаточно гибка, чтобы адаптироваться к каждой из них», — сказал Джуэлл.