Roboscientist的崛起 - 遥感在生物学中的应用

作为生物学周的一部分,我们描述了遥感技术在动物行为,保护和环境科学中的令人兴奋的用途

Biologgers or smart tags – that remotely collect and record biological data using automated sensors – have become an increasingly important tool in biologists’ kit. Advances in the miniaturization of hardware, extended battery life, and quality of software methods have led to a plethora of research, with seemingly endless applications in biological science, spanning environmental science, conservation, evolution and behavior.

Why are remote sensors so appealing?

传统上,科学家需要勇敢地勇敢地和严峻的地形来收集样本并亲自记录数据。自由放养动物的跟踪主要仅限于大型哺乳动物,依靠在近距离运行的无线电发射器,研究人员将受到距离和时间的限制。遥感者可以在没有研究人员的情况下收集数据,并扩展了可以研究的研究范围,使我们能够“访问”以前无法达到的栖息地。它们被认为是对生态系统的侵入性较小或侵入性的,因此它们也可以提供对动物的自然行为的见识,这些行为可能在人类存在下被抑制。

Remote sensors are transforming how biologists collect data, pushing the boundaries of our understanding about remote landscapes, and how wild animals behave.

Remote robots

由无线电或电缆连接控制的远程操作的车辆(ROV)被部署在水下或跨土地,空气(无人机)或空间。在感兴趣的站点访问甚至无法到达的情况下,ROV尤其有价值,或者它是庞大的或需要广泛而冗长的数据收集。ROV可以携带传感器,相机和机械臂,可以调查景观或栖息地使用或收集包括标本在内的生物数据。例如,使用ROV记录巨人的存在Larvacean species在东北太平洋中(一种自由易次的贴仪)。

遥感机器人可用于监视一系列环境变量,包括气温,降雨,湿度或阳光。这些可以评估土地使用情况,包括森林砍伐和气候变化对景观的影响。例如,土地使用的模型变化,包括城市扩张或监视空气污染

动物作为数据收集器

具有各种传感器的生物生物可以连接到动物上,因此可以同时从环境中收集信息,例如光,空气/水压,外部温度,相对湿度和磁场,以及包括表面体温,包括表面体温,心率,运动和行为。加速度计已用于量化在不同环境(包括潜水和飞行行为模式)中移动的一系列物种的身体姿势和运动。可以创建波形以轻松区分不同的行为(图1)。

加速度计波
图1.燕尾鸥(Creagrus furcatus)的三种行为的加速波形。Y轴显示加速度计传感器的无单位电压输出。从Brown等人2013年复制。

那么这些小标签如何附加?

Such a wealth of data collected in one small tag! Biologgers can support more complex studies of animal movement, behavior, physiology and interaction with the environment. Accelerometers have been adapted for attachment in over 100 species from king scallops and cane toads to brown bears and sperm whales (reviewed inWalker等人2015年)。

Attachment methods include neck collars, leg bracelets, fabric harnesses, clamp, dart or glue. This depends on the morphology of the study species and the level of movement detail needed. For example, the fine-movements involved in feeding behaviors require a neck tag. Some tags can be deployed inside the body cavity of the animal, and these can record physiological measures such as heart rate, movements of smooth muscle during digestion, though they require surgical procedures for tag retrieval.

Researchers are constantly evolving smart tags for use in smaller animals, and importantly, to minimize the invasiveness and animal welfare implications of tag attachment, such as the use of白鲨中的非侵入性夹具

远程科学应用不仅限于自由漫游动物;遥感技术可用于测量圈养动物的运动活动和时间预算,例如动物园中的大象,甚至是宠物。在这些动物中远程捕获数据可以提供real-time assessment of welfare,,,,including exploring the relationships betweenmovement and pain

There are, however, important considerations about the negative effects of attaching tags to animals, especially smaller species since there may be an increased burden on energy expenditure, or an increased risk of injury or predation. Onestudy in birds研究了这些后果,包括非返回到繁殖地点,巢穴成功和腿部受伤。

Roboscience在生物学中的未来?

随着技术的进步并被证实为更多物种的研究工具,遥控传感器可用于回答与动物及其环境有关的更复杂的问题。例如,生物生物学可用于测量动物运动的能量或生物力学或更复杂的动物行为,包括社交互动(阅读更多here

Remote sensing can be extended from the study of individual animals or localized groups, to larger samples of intra- and inter-species interactions which can measure patterns of population distribution important for animal and habitat conservation efforts. For example,基特et al2016,比较了西部塞伦盖蒂(Serengeti)的捕食者(非洲狮子),竞争对手(斑点鬣狗)和猎物(牛羚)的分布。

总而言之,遥感技术及其对生物数据收集的修改可能是21世纪初期最强大的技术之一,为回答动物学,生态学和环境科学中一些最重要的问题提供了机会。

View the latest posts on the On Biology homepage

Comments