Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Dữ liệu lớn trong nghiên cứu động vật hoang dã: Giám sát từ xa dựa trên web đối với gấu đen đang ngủ đông
Tóm tắt
Nhiều đổi mới trong việc quản lý và thu thập “dữ liệu lớn” đã xuất hiện trong lĩnh vực y học, bao gồm máy tính và cảm biến có thể cấy ghép, truyền tải dữ liệu không dây, và kho dữ liệu dựa trên web để thu thập và tổ chức thông tin. Gần đây, các thiết bị lâm sàng đã được triển khai trong động vật hoang dã sống trong môi trường giam giữ và tự do nhằm hỗ trợ trong việc xác định cả sinh lý bình thường và tương tác của động vật với môi trường của chúng, bao gồm các phản ứng đối với con người. Mặc dù các thiết bị này đã có tác động đáng kể đến loại và lượng thông tin có thể thu thập, nhưng tính hữu dụng của chúng đã bị giới hạn bởi dung lượng bộ nhớ nội bộ, nỗ lực cần thiết để trích xuất và phân tích thông tin, và việc cần thiết phải xử lý động vật để thu hồi dữ liệu lưu trữ. Chúng tôi đã phẫu thuật cấy ghép các máy theo dõi tim miniaturized (1.2 cc, Reveal LINQ™, Medtronic Inc.) vào những con gấu đen Mỹ (N = 6) đang ngủ đông. Các thiết bị này bao gồm khả năng không dây, cho phép truyền tải thường xuyên dữ liệu sinh lý chi tiết từ những con gấu tại các địa điểm tổ ấm từ xa đến một hệ thống lưu trữ và quản lý dữ liệu dựa trên web. Các trạm truyền telemetry sử dụng năng lượng mặt trời và pin đã truyền tải dữ liệu sinh lý chi tiết qua mạng di động trong các tháng mùa đông. Hệ thống này đã cung cấp truyền tải một lượng lớn dữ liệu gần như theo thời gian thực. Các quan sát bao gồm sự thay đổi trong nhịp tim liên quan đến việc sinh sản và chăm sóc gấu con, và ở tất cả các con gấu, đã xảy ra những khoảng thời gian dài không có nhịp tim (lên đến 16 giây) trong mỗi chu kỳ hô hấp. Lần đầu tiên, các dữ liệu sinh lý chi tiết đã thành công trong việc được truyền từ một động vật trong tự nhiên đến một hệ thống thu thập và quản lý dữ liệu dựa trên web, vượt qua những hạn chế trước đây về lượng dữ liệu có thể được truyền tải. Hệ thống này cung cấp cơ hội để phát hiện các sự kiện bất thường khi chúng đang diễn ra, cho phép điều tra động vật và địa điểm ngay sau đó. Mặc dù nghiên cứu hiện tại chỉ được giới hạn cho gấu trong các tổ ấm mùa đông, nhưng chúng tôi kỳ vọng rằng các hệ thống trong tương lai sẽ truyền dữ liệu từ các máy theo dõi có thể cấy ghép đến các thiết bị truyền tải đeo được, cho phép chuyển giao dữ liệu lớn trên các động vật không đứng yên.
Từ khóa
#dữ liệu lớn #động vật hoang dã #giám sát từ xa #gấu đen #sinh lý họcTài liệu tham khảo
Ropert-Coudert Y, Wilson RP: Trends and perspectives in animal-attached remote sensing. Front Ecol Environ 2005, 3: 437-444. 10.1890/1540-9295(2005)003[0437:TAPIAR]2.0.CO;2
Rutz C, Hays GC: New frontiers in biologging science. Biol Lett 2009, 5: 289-292. 10.1098/rsbl.2009.0089
Poganis PJ: Bio-logging of physiological parameters in higher marine vertebrates. Deep-Sea Res II 2007, 54: 183-192. 10.1016/j.dsr2.2006.11.009
Ropert-Coudert Y, Kato A, Grémillet D, Crenner F: Bio-logging: recording the ecophysiology and behaviour of animals moving freely in their environment. In Sensors for Ecology Edited by: Galliard J-F, Guarini J-M, Gaill F. 2012, 17-41.
Grémillet D, Kuntz G, Woakes AJ, Gilbert C, Robin J-P, Maho YL, Butler PJ: Year-round recordings of behavioural and physiological parameters reveal the survival strategy of a poorly insulated diving endotherm during the Arctic winter. J Exp Biol 2005, 208: 4231-4241. 10.1242/jeb.01884
Laske TG, Harlow HJ, Werder JC, Marshall MT, Iaizzo PA: High capacity implantable data recorders: system design and experience in canines and denning black bears. J Biomech Eng 2005, 127: 964-971. 10.1115/1.2049340
Butler PJ, Woakes AJ, Bishop CM: Behaviour and physiology of Svalbard Barnacle Geese Branta leucopsis during their autumn migration. J Avian Biol 1998, 29: 536-545. 10.2307/3677173
Pelletier D, Guillemette M, Grandbois J-M, Butler PJ: It is time to move: linking flight and foraging behaviour in a diving bird. Biol Lett 2007, 3: 357-359. 10.1098/rsbl.2007.0088
Ackerman JT, Takekawa JY, Kruse KL, Orthmeyer DL, Yee JL, Ely CR, Ward DH, Bollinger KS, Mulcahy DM: Using radiotelemetry to monitor cardiac response of free-living Tule greater white-fronted geese ( Anser albifrons elgasi ) to human disturbance. Wilson Bull 2004, 116: 146-151. 10.1676/03-110
Heide-Jørgensen MP, Nielsen NH, Hansen RG, Blackwell SB: Stomach temperature of narwhals ( Monodon monoceros ) during feeding events. Anim Biotelem 2014, 2: 9. 10.1186/2050-3385-2-9
Øivind T, Blake J, Edgar DM, Grahn DA, Heller HC, Barnes BM: Hibernation in black bears: independence of metabolic suppression from body temperature. Science 2011, 331: 906-909. 10.1126/science.1199435
Harlow HJ, Lohuis T, Anderson-Sprecher RC, Beck TD: Body surface temperature of hibernating black bears may be related to periodic muscle activity. J Mammal 2004, 85: 414-419. 10.1644/1545-1542(2004)085<0414:BSTOHB>2.0.CO;2
Boyle J: Biology must develop its own big-data systems. Nature 2013, 499: 7. 10.1038/499007a
Marx V: Biology: the big challenges of big data. Nature 2013, 498: 255-260. 10.1038/498255a
Nature Editorial: Community cleverness required Nature 2008,455(7209):1. 10.1038/455001a
Nelson OL, Robbins CT: Cardiac function adaptations in hibernating grizzly bears ( Ursus arctos horribilis ). J Comp Physiol B 2010, 180: 465-473. 10.1007/s00360-009-0421-x
Laske TG, Harlow HJ, Garshelis DL, Iaizzo PA: Extreme respiratory sinus arrhythmia enables overwintering black bear survival - physiological insights and applications to human medicine. J Cardiovasc Transl Res 2010,3(5):559-569. 10.1007/s12265-010-9185-7
Laske TG, Garshelis DL, Iaizzo PA: Monitoring the wild black bear’s reaction to human and environmental stressors. BMC Physiol 2011, 11: 13. 10.1186/1472-6793-11-13
REVEAL LINQ™ LNQ11 Insertable Cardiac Monitor Clinician Manual. In http://manuals.medtronic.com/wcm/groups/mdtcom_sg/@emanuals/@era/@crdm/documents/documents/contrib_185856.pdf
Pelton MR: Black bear. In Wild Mammals of North America. Biology, Management, and Conservation. 2nd edition. Edited by: Feldhamer GA, Thompson BC, Chapman JA, Feldhamer GA, Thompson BC, Chapman JA. Johns Hopkins University Press, Baltimore; 2003:547-555.
Linnell JDC, Swenson JE, Andersen R, Barnes B: How vulnerable are denning bears to disturbance? Wildl Soc Bull 2000, 28: 400-413.
Harlow HJ, Lohuis T, Beck TD, Iaizzo PA: Muscle strength in overwintering bears. Nature 2001, 409: 997. 10.1038/35059165
Tinker DB, Harlow HJ, Beck TD: Protein use and muscle-fiber changes in free-ranging, hibernating black bears. Physiol Zool 1998, 71: 414-424. 10.1086/515429
Lohuis TD, Harlow HJ, Beck TD, Iaizzo PA: Hibernating bears conserve muscle strength and maintain fatigue resistance. Physiol Biochem Zool 2007, 80: 257-269. 10.1086/513190
Folk GE Jr, Folk MA, Minor JJ: Physiological condition of three species of bears in winter dens. In Bears: Their biology and management (New Series Publication No. 23). Edited by: Herrero S. IUCN, Morges; 1972:107-124.
Nelson OL, McEwen M-M, Robbins CT, Felicetti L, Christensen WF: Evaluation of cardiac function in active and hibernating grizzly bears. JAVMA 2003, 223: 1170-1175. 10.2460/javma.2003.223.1170
Nelson OL, Robbins CT, Wu Y, Granzier H: Titin isoform switching is a major cardiac adaptive response in hibernating grizzly bears. Am J Physiol Heart Circ Physiol 2008, 295: H366-H371. 10.1152/ajpheart.00234.2008
Evans AL, Sahlén V, Støen O-G, Fahlman Å, Brunberg S, Madslien K, Fröbert O, Swenson JE, Arnemo JM: Capture, anesthesia, and disturbance of free-ranging brown bears ( Ursus arctos ) during hibernation. PLoS One 2012,7(7):e40520. 10.1371/journal.pone.0040520
Nelson RA: Black bears and polar bears – still metabolic marvels. Mayo Clin Proc 1987, 62: 850-853. 10.1016/S0025-6196(12)62341-6
Fuster G, Busquets S, Almendro V, López-Soriano FJ, Argilés JM: Antiproteolytic effects of plasma from hibernating bears: a new approach for muscle wasting therapy? Clin Nutr 2007, 26: 658-661. 10.1016/j.clnu.2007.07.003
Donahue SW, McGee ME, Harvey KB, Vaughan MR, Robbins CT: Hibernating bears as a model for preventing disuse osteoporosis. J Biomech 2006, 39: 1480-1488. 10.1016/j.jbiomech.2005.03.030
Echols KN, Vaughan MR, Moll HD: Evaluation of subcutaneous implants for monitoring American black bear cub survival. Ursus 2004, 15: 172-180. 10.2192/1537-6176(2004)015<0172:EOSIFM>2.0.CO;2
Iaizzo PA, Laske TG, Harlow HJ, McClay CB, Garshelis DL: Wound healing during hibernation by black bears ( Ursus americanus ) in the wild: elicitation of reduced scar formation. Integr Zool 2012,7(1):48-60. 10.1111/j.1749-4877.2011.00280.x