Velká data přinášejí revoluci do pochopení pohybů zvířat

22. 02. 2022

Zajímalo vás někdy, co dělají ryby v noci nebo kde se ukrývají během zimy, či kde zrovna poletuje sýkorka, která pravidelně navštěvuje vaše krmítko? Současná revoluce ve sledování pohybů zvířat může brzy poskytnout na tyto otázky odpovědi. O počátcích této revoluce pojednává článek právě vycházející v časopise Science, který vznikl i za přispění vědců z Biologického centra Akademie věd ČR.

Pohyb je základní vlastností všeho živého a v přírodě je všudypřítomný. Všechny organismy jsou schopny se pohybovat, ať už aktivně nebo pasivně. Pohyb určuje řadu přírodních procesů, přežití, vzájemné interakce mezi druhy, včetně interakcí s člověkem a reakcí na lidské vlivy. Pochopením pohybů živočichů, jejich příčinami a důsledky pro živočichy se zabývá obor ekologie pohybu. Tento obor zkoumá, jak, kdy a proč se živočichové pohybují a jaké důsledky má pohyb na jedince samotné tak i na jejich prostředí. Tyto poznatky jsou klíčové pro mnoho dalších biologických oborů jako ekologie, evoluce, behaviorální vědy a také pro efektivní management a ochranu biodiverzity.

Ekologie pohybu po desetiletí trpěla nedostatkem dat, protože u mnoha živočichů je nesmírně náročné sledovat jejich pohyb v přirozeném prostředí. Ohromný a rychlý rozvoj oboru však přinesl současný vývoj nových sledovacích technologií a nástrojů pro zpracování velkých objemů dat. V nové studii, kterou právě zveřejnil prestižní časopis Science, upozornila na tuto probíhající revoluci v oblasti ekologie pohybu velká mezinárodní skupina vědců z 29 institucí a 12 zemí.

Živočichy lze sledovat s přesností na metry mnoho měsíců či let

Vědci ve studii ukazují pokroky v oblasti ekologie pohybu a přinášejí přehled využití řady nejmodernějších sledovacích technologií, jako jsou reverzní GPS, GPS lokátory, radary nebo počítačová zpracování kamerových sledování. Tyto technologie dnes dokáží zaznamenávat údaje o pohybu jedinců s vysokým časoprostorovým rozlišením po dlouhé časové období, tzn. jednotlivé živočichy lze sledovat s přesností na metry nebo dokonce centimetry, a to několikrát za minutu po dobu mnoha měsíců nebo let. Takto přesná data lze získat jak u suchozemských, tak i vodních živočichů a mohou nám ukázat jejich život tak, jak to doposud nebylo možné. Díky těmto rozsáhlým a přesným datům o pohybu můžeme například lépe pochopit, jak souvisí pohyb jedinců s jejich chováním, kognitivními funkcemi či fyziologií, můžeme odhalit jemné interakce jedinců mezi sebou navzájem či zlepšit ochranu volně žijících druhů. Tato nová dimenze sledování pohybu zvířat tak otevírá zcela nové obzory pro obecný výzkum biologie a ekologie.

Vývoj s sebou zároveň nese i řadu technologických výzev, spojených se zpracováváním velkých objemů dat. Jde především o velké nároky na výpočetní zátěž, správu a zpracování dat a vývoje pokročilých statistických analýz. Vědci ve studii rovněž navrhli celou řadu doporučení pro budoucí pokrok v této oblasti. Jsou to především nutnost spojit pozorování v přirozeném prostředí s experimentálně manipulovanými sledováními zvířat, správné kombinace nízko a vysoko-objemového sledování, zlepšení kompatibility mezi technologiemi, standardizace a sdílení dat a podpora mezioborové mezinárodní spolupráce.

Práci na této studii iniciovala skupina výzkumníků během mezinárodního workshopu o telemetrii ryb v jezerech, který se uskutečnil v roce 2018 v Českých Budějovicích. Telemetrie je metoda, kdy se rybám do těla zavedou čipy a pomocí antén rozestavěných v jezerech nebo nádržích se zaznamenává jejich pohyb. Skupinu s názvem Lake Fish Telemetry Group (LFTG) založili a workshop uspořádali Ivan Jarić a Milan Říha z Hydrobiologického ústavu BC AV ČR. LFTG vznikla díky projektu Biologického centra financovanému z programu ALTER-Net a sdružuje špičkové výzkumné týmy z Evropy a dalších zemí světa. Hlavním cílem skupiny je sdílet a vyhodnocovat data získaná z telemetrického sledování ryb.

Ryby mají v tělech čipy

„Skupina sdílí soubor telemetrických dat z řady evropských jezer. Soubor zahrnuje tisíce označených ryb různých druhů a stovky miliard lokací ryb s podrobnými geomorfologickými a environmentálními údaji," říká Ivan Jarić, hlavní koordinátor skupiny a projektu a jeden z autorů studie. „Spojili jsme se také s odborníky z dalších výzkumných oborů, jako například s týmy zaměřenými na ekologii pohybu suchozemských zvířat či odborníky na pokročilé statistické zpracování dat. Naším cílem bylo poskytnout příležitost k mezioborové spolupráci, poskytnout širší pohled na společné výzkumné otázky, iniciovat společné studie, výměnu znalostí a zkušeností a podpořit plány budoucí společné spolupráce," vysvětluje Ivan Jarić. Skupina letos pořádá další mezinárodní workshop, který se opět uskuteční na Biologickém centru AV ČR v Českých Budějovicích.

Na Hydrobiologickém ústavu BC AV ČR vedou Milan Říha a Ivan Jarić skupinu FishTeg (Fish Telemetry Group). V jejich týmu působí řada mladých výzkumníků, kteří se zabývají především telemetrickým sledováním ryb v nádržích. „Naše databáze obsahuje desítky milionů lokací devíti druhů ryb, shromážděných z několika českých nádrží," říká Milan Říha, další z autorů studie. Moderní technologie pomáhají zodpovědět řadu klíčových otázek z oblasti ekologie ryb a poskytují pohled na život ryb, který donedávna nebyl vzhledem k technologickým omezením možný. „Můžeme například přesně zjistit, kde se ryby zdržují v různých částech dne či ročních obdobích, jak se ryby vzájemně ovlivňují v čase a prostoru, jaké jsou vzorce chování jednotlivých druhů, jak ryby reagují na změny počasí a sezónních podmínek či jak budou reagovat na změny klimatu. Pochopení takovýchto otázek a obecného využívání prostoru a času živočichy je jedním z klíčových úkolů ekologie," dodává Milan Říha.

Odkaz na ublikaci:

Nathan, R., Monk, C.T., Arlinghaus, R., Adam, T., Alós, J., Assaf, M., Baktoft, H., Beardsworth, C.E., Bertram, M.G., Bijleveld, A.I., Brodin, T., Brooks, J.L., Campos-Candela, A., Cooke, S.J., Gjelland, K.Ø., Gupte, P.R., Harel, R., Hellström, G., Jeltsch, F., Killen, S.S., Klefoth, T., Langrock, R., Lennox, R.J., Lourie, E., Madden, J.R., Orchan, Y., Pauwels, I.S., Říha, M., Roeleke, M., Schlägel, U., Shohami, D., Signer, J., Toledo, S., Vilk, O., Westrelin, S., Whiteside, M.A. and Jarić, I. (2022). Big-data approaches enable increased understanding of animal movement ecology. Science doi: 10.1126/science.abg1780 https://doi.org/10.1126/science.abg1780

Více informací:

MSc. Ivan Jarić, Ph.D.
oddělení ekologie ryb a zooplanktonu
Hydrobiologický ústav
Biologicé centrum AV ČR
ivan.jaric@hbu.cas.cz

Mgr. Milan Říha, Ph.D.
Hydrobiologický ústav
Biologicé centrum AV ČR
milan.riha@hbu.cas.cz

Daniela Procházková
referentka publicity
Biologické centrum AV ČR
+420 387 775 064, +420 778 468 552
daniela.prochazkova@bc.cas.cz