Приховані моделі Маркова виявляють часові закономірності та відмінності статі в поведінці косаток
Предмети
Анотація
Вступ
Вивчення поведінки організмів може дати розуміння, що виходить за рамки дисциплін, і є нагальним пріоритетом, оскільки глобальні зміни створюють новий тиск на екологічні закономірності та процеси 1,2,3,4,5. Для популяцій, що перебувають під загрозою зникнення, характеристика поведінки може бути невід'ємною частиною результатів збереження 3, але особливо складною для цих груп населення. Рідкість таких груп населення може парадоксально ускладнити їх вивчення 6. Крім того, поведінкові дослідження вразливі до упередженості спостерігачів та тенденції до кількісної оцінки поведінки через суб'єктивні лінзи 7. Крім того, для видів, які проводять більшу частину свого часу в місцях проживання, недоступних для дослідників, кількісна поведінка може бути особливо складною і збентеженою часом (тобто кількісно оцінюються лише ті поведінки, які спостерігаються) 5 .
Багато популяцій китоподібних (кити, дельфіни та морські свині) знаходяться під загрозою зникнення у всьому світі 8. До недавнього часу було важко отримувати постійні спостереження за поведінкою під землею, щоб проінформувати про збереження природи, оскільки ці види проводять більшу частину свого життя під водою. Що стосується китоподібних, що знаходяться під загрозою зникнення, які видобувають їжу групами, особинам потрібно збалансувати енергетичний приріст споживання здобичі, що сприяє групі, з метаболічними витратами на видобуток на глибині 9,10,11,12. Однак способи, за допомогою яких ці види тимчасово структурують свою фуражну діяльність, щоб врахувати цей парадокс, недостатньо вивчені, але є фундаментальними для збереження.
Ми вивчали кормову поведінку зникаючої популяції китів-косаток (Orcinus orca), який мешкає в північно-східному Тихому океані і проводить більшу частину часу у внутрішніх та прибережних водах уздовж західного узбережжя Північної Америки між центральною Каліфорнією та південно-східною Аляскою. Особи з популяції китів-косаток (південних резидентів) проводять своє життя у стабільних матрилінеальних групах і споживають лосось, насамперед Чінук (Oncorhynchus tshawytscha) 13,14, які регулярно передаються членам групи 15. Лосось чинук, найбільший вид лосося, забезпечує значну енергетичну віддачу, але враховуючи, що вони трапляються глибше, ніж інші види лосося, до декількох сотень метрів 16,17, SRKW повинен інвестувати значну енергію у форми затримки дихання та витрат на пересування, пов'язані з ковтати і тягнути 11,12, щоб досягти цих більших калорійних виграшів. Проблема придбання достатньої кількості лосося чинук для задоволення потреб у калоріях ускладнюється тим фактом, що багатьом популяціям лосося чинук, що походять із західного узбережжя США та Британської Колумбії, загрожує або зникає 18 .
Ми використовували мультисенсорні мітки для біологічного реєстрації для характеристики підповерхневої поведінки SRKW. Зокрема, ярлики прикріплювались присоском до косаток і реєстрували глибину, рух та звук, забезпечуючи можливість збирати безперервний потік даних, коли суб’єкти подорожували під поверхнею. Щоб мінімізувати вплив суб’єктивного упередження спостерігача на поведінкову категоризацію, ми використовували приховані моделі Маркова для систематичної характеристики прихованих поведінкових станів на основі чотирьох рухів та двох акустичних змінних, обчислених на основі даних, записаних на мітках. Цей підхід дозволив кількісно визначити поведінкові стани на основі подібності, виявленої за допомогою прихованого марковського процесу, а не покладаючись на суб'єктивне призначення дослідників. Потім ми використовували ці розподіли поведінкових станів для перевірки гіпотез про те, що (а) СРКВ беруть участь у різних поведінкових діях, що характеризуються різницею в їх приповерхневому русі та акустичній поведінці; за умови відпочинку та (в) ймовірність переходу між поведінковими станами відрізняється залежно від статі.
Знання поведінки виду, тимчасового планування бюджетів діяльності та того, чи відрізняються моделі поведінки за статтю, є цінним для керівництва ефективним збереженням 5,23. Популяція SRKW була занесена до списку зникаючих в США 24 та як вид ризику в Канаді 25. Хоча ця популяція була невеликою (26,27. Однією з основних загроз стійкості населення є доступність і доступність здобичі 14,27,28. Отже, краще розуміння часових моделей поведінки та того, чи пов’язана з кормами діяльність, включаючи неглибокий пошук та глибоке переслідування видобутку відрізняються за статтю, дадуть змогу розробити ефективні заходи щодо збереження СРК, які сприяють видобутку корма.
Результати
Короткий зміст розгортань
Ми проаналізували в цілому 41,8 год з усіх 13 розгортань (2010 = 9,3 год, n = 3; 2012 = 15,3 год, n = 6; 2014 = 17,2 год, n = 4) (Таблиця 1). Середній аналізований час на розгортання становив 3,2 год (діапазон = 0,6-6,9 год). Ми проаналізували 3728 занурень з цих дислокацій. Жінки (f) та чоловіки (m) здійснили в цілому 1324 та 2404 занурень відповідно (2010: 253 (f), 517 (m); 2012: 429 (f), 912 (m); 2014: 642 (f), 975 (м)). Кількість занурень, що аналізувались за одну операцію, коливалась від 37 до 583 (табл. 1).
Державні класифікації поведінки підводного плавання
Одиницею аналізу було занурення, яке визначалося як будь-який виліт і повернення на поверхню. Найкраща модель ідентифікувала п'ять основних станів поведінки у китів-косаток на півдні (рис. 1, додаткові рис. S1 та S2). Ці стани характеризувались: (1) глибокими зануреннями із загальним випадком гудіння, майже повсюдною появою клацання та великими значеннями піку ривка, диференціації руху та курсу, (2) неглибокими зануреннями без гудіння, незвичним клацанням та малими значеннями (3) неглибокі до середніх занурень без гудіння, деякого клацання та незначні до помірних значень різниці піків, перекидів та курсів, (4) неглибокі занурення практично без гудіння, рясні клацання, невеликі значення дисперсії піку та курсу, а також незначні до помірних значень рулону та (5) неглибокі занурення, відсутність гудіння, рідкісне клацання та малі значення дисперсії піку ривка, рулону та курсу (табл. 2, рис. . 2). Був значний вплив стану на тривалість занурення (лінійна змішана модель: F4, 3718 = 761,2, стор Фігура 1
Приховане марківське моделювання виявило п’ять різних станів поведінки у всіх людей. Занурення (n = 3728) побудовані для всіх розгортань (стан 1 = фіолетовий, стан 2 = червоний, стан 3 = оранжевий, стан 4 = зелений, стан 5 = синій).
Встановлені залежні від держави розподіли найкращої моделі за статтю.
Різниця у тривалості занурення за станом та статтю. Графи вказують найменші середні значення для самок (чорний) та чоловіків (сірий), вуса - довіру. Значимість, визначена за допомогою тесту Тукі HSD для всіх штатів та статей, позначається неподіленими буквами над стовпчиками.