地理信息学×动物学_《动物去哪里》探索用新技术更好地保.

图片[1]-地理信息学×动物学_《动物去哪里》探索用新技术更好地保.-元地理信息科学

《动物去哪里》

[英]詹姆斯·切希尔 (James Cheshire)

奥利弗·乌贝蒂 (Oliver Uberti) 著

谭羚迪  译

湖南美术出版社

用GPS跟踪器在非洲追踪被盗猎威胁的大象,用记录磁场强度的项圈揭示獾在地下洞穴中的活动轨迹,让粘上传感器的海豹代劳传回南半球海水的温度和盐度数据……本书呈现了跨国、跨学科的前沿研究成果,以数据采集的不易、科学家的坚持与不断尝试,为动物研究工作、公民科学项目和纯粹的好奇之心导航。

12开精装全彩印刷,内含3幅大地图拉页,覆盖30多种野生动物。收集全球科学家提供的一手数据,梳理学术期刊与在线数据库,为读者处理海量数据,再以直观且极富设计感的可视化手段,用图解形式示踪动物的去向,为陆地、天空和海洋中的每一个生灵发声。

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引言:一种新的足迹

从足迹到掉落的羽毛,从巢穴到粪便,动物去向的历史其实就是一部物理痕迹的历史。而在本书讲述的新时代,我们追寻的痕迹不是印在地上,而是印在电脑的硅基芯片里。尽管我们做的地图和研究在极大程度上依赖数据处理技术,但在信息时代的很久之前人们就开始设想发明新方法来研究动物运动。1803年,约翰·詹姆斯·奥杜邦(John James Audubon)给鸣禽的腿系上线绳,从而证明每年春天回到农场的都是同几只鸟;1892年的一张地图上画出了北太平洋海狗逐月迁徙的轨迹(见第22~23页);1907年,一位德国药剂师给鸽子装上了自动照相机,以此记录它们的旅程;1962年,伊利诺伊大学的三位科学家用胶带把无线电发射器绑在鸭子身上;1997年,世界上最早一批GPS项圈中,有两个得到的结果证实了肯尼亚大象有时会越过肯尼亚国境到坦桑尼亚去。

并不是所有物种都需要追踪才能研究。对许多物种来说,一副好用的望远镜加上一台相机足矣。正如圣迭戈动物园总会的梅甘·欧文所说:“非侵入性观察仍是动物学的金科玉律。只要静静地坐着暗中观察就好。”而对其他一些物种,比如她在北极研究的北极熊来说,这种长期观察就不太可行。于是,野生动物研究者开始和工程师合作,开发远程研究动物的新方法。卫星、雷达、手机网络、相机陷阱 、无人机、手机应用(app)、加速度传感器和DNA测序技术等,让我们如今能以前所未有的方式看待自然世界。这个领域有许多不同的名字:生物信标跟踪记录(bio-logging)、生物遥测(bio-telemetry)、移动生物学(movement biology)。在本书的大部分故事中,我们都会谈到“做标记”(tagging),就是科学家把一个设备装在动物身上。随着移动通信技术的兴起和计算机的小型化,这些设备(或者说“标记”)  能收集到数以十亿字节计的各种行为、生理、环境数据:从兀鹫的翱翔盘旋轨迹(见第138~139页),到南极沿岸的海水温度(见第100~103页),再到熊蜂的飞行(见第154~155页),无所不包。

想知道技术如何加快了我们对动物的了解,而我们又采取了怎样的保护行动吗?那就想想长颈鹿吧!圣迭戈动物总会的保护生态学家戴维·奥康纳表示:“我们在长颈鹿研究方面取得的进展大概和30年前大象的研究者相当。”科学家研究了长颈鹿的生理——小而强大的心脏如何将血液一路泵上长长的脖子、特大号的肺部如何让它们免于晕倒、善于缠卷的舌头如何从带刺的树枝上捋下叶子——但他们始终不清楚这个物种在野外是如何作为一个整体运作的。“长颈鹿很古怪,”奥康纳说,“它们看起来似乎没有明确的领导者,所以我们才刚刚开始了解它们如何组织成群。我们不知道它们如何交流、如何争斗,也不太清楚它们的活动范围。”而科学家最近才发现长颈鹿不只有一个物种,而是有四个——每种都有独特的遗传学特征,身上的花纹也从橙色多边形到黑色斑块不等。要是没有朱利安·芬尼西,我们知道得恐怕还要更少。

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芬尼西是研究长颈鹿的世界级权威,也是长颈鹿保护基金会(Giraffe Conservation Foundation)的主任之一。他把长颈鹿称为“非洲被遗忘的大型动物”。当我们向他询问为何认为长颈鹿受到了忽视时,他表示:“人们想当然地认为长颈鹿到处都是,没有人想过它们会遇到问题。直到最近这五到十年间,我们开始研究它们的数量和受到的威胁,这才看到,它们和其他许多动物一样,也在减少。”罪魁祸首仍是那些嫌疑惯犯:栖息地丧失和野味贸易。关于长颈鹿的脑和骨髓能治疗艾滋病的传言,导致长颈鹿价格升高。我们很少听说长颈鹿濒危,但并不代表事实就是如此。在非洲各地,一场“无声的灭绝”正悄然发生。自1986年起,长颈鹿的数量从15.3万只下跌到10万只,而且它们已经从7个国家消失了——占了先前分布范围的四分之一。趁为时未晚,芬尼西正用GPS技术尽可能多地收集有关长颈鹿去向的数据。

第一只装上GPS的长颈鹿名叫乔巴(Chopper)。2000年,芬尼西在纳米比亚给他戴上了项圈,想看看长颈鹿在干旱地区如何生存。如今,芬尼西正在开拓动物追踪技术的其他用途。在刚果民主共和国,追踪标记是一种治安手段。整个国家只剩下不到40只长颈鹿,因此政府向芬尼西寻求建议。他们与非洲公园网络(African Parks Network,简称APN)合作,给10只长颈鹿戴上项圈,组织社区追踪队伍保护它们免遭盗猎,同时创造就业机会,促进当地投资。在纳米比亚,芬尼西建议政府把长颈鹿从国家公园挪到较小的社区保护地,并用追踪标记研究它们如何适应新家(见右图)。而在埃塞俄比亚,他帮APN审查了一座规划中的国家公园的边界。他说:“政府知道那片区域有物种需要保护,但只画了个大圈把它们圈起来。”他们的用意很好,可惜长颈鹿并不买账。芬尼西和他的团队成员仅标记了3只长颈鹿,就发现它们大部分时间生活在指定区域以外。长颈鹿主要在金合欢稀树草原上觅食,但提案中的边界没有涵盖这种植被。GPS轨迹无可辩驳,公园的边界必须挪动。

2015年8月,芬尼西又一次见到了乔巴——最早标记的长颈鹿,那时乔巴还在荒漠上四处奔跑。芬尼西给他戴上项圈时,乔巴至少已经4岁了,所以乔巴现在差不多20岁。“这是人们第一次长期了解一只长颈鹿个体,知道他活了几岁,”芬尼西说,“这其实挺可悲的。对于世界上最高的动物,我们却了解得那么少。如果连长颈鹿都尚且如此,那关于其他小动物我们又知道些什么呢?”

我们希望本书有助于回答上述问题。我们和全球的科学家们展开讨论,并梳理了期刊和在线数据库,旨在向你呈现陆地、天空和海洋中最前沿的研究。以迈克尔·努南关于獾的博士论文为例,要研究它们在地下的活动,就不能用GPS。作为替代,他尝试了一种能以高精度穿过地面的东西:磁场。他给每只獾戴上项圈,并在洞穴上架设了通电的电线网格。当獾在地下穴室间移动时,项圈就会记录下它们周围磁场强度的变化。通过这项工作,努南发现獾在洞穴里比人们之前认为的活跃得多。尽管他让项圈每隔3秒就记录一次位置,但频率还是不够高,不足以看出穴室间如何以通道相连。考虑到60%的陆生哺乳动物都使用洞穴,用努南的方法还可以发现更多关于地下生命的秘密。

关于水下的生命,我们拜访了斯旺西大学的生物信标跟踪领域先驱罗里·威尔逊。20世纪80年代初,他正在读博士,研究非洲企鹅的行为。当他发现所需的传感器并不存在时,便用软木、琴钢丝和注射器自制了一套。这些早期的跟踪标记第一次测量了企鹅的游泳速度和觅食时的移动距离。后来,他的模拟传感器升级成了数字传感器,但用如今的标准来看还是很原始。“当时没有存储设备,”威尔逊说道,“所以我们每15秒记录一次企鹅的潜游深度,就已经觉得简直酷毙了。现在我们每秒钟光是深度就要记录40次。”威尔逊还在开发新设备,因为现成的硬件从来就不大跟得上他的野心。目前他正致力于改进他的“鸟嘴传感器(beakometer)”,这个传感器能测量企鹅张嘴的频率和嘴巴张大的程度,从而记录企鹅一天内吃了多少东西。就像许多这一领域的先驱一样,威尔逊最伟大的技术就是他的想象力。

保罗·赫伯特的想象力囊括了从鲸到水蚤的各种动物。事实上,甚至还囊括了我们尚未发现的物种。人们估算地球上生活着1,000万个物种,其中已被正式命名的不足五分之一。赫伯特想把它们全部记录下来,但不是以你想到的方式。

早在20世纪70年代,他就清楚地认识到我们知识的缺口,那时他还是一名在巴布亚新几内亚研究蛾类多样性的年轻研究员。在一个下着雨的温暖夜晚,他徒步登上一处山口,在紫外线灯前挂起一块白布。3小时后,白布上就黑压压一片全是飞虫了。“我们采到了大概三四千个标本,”他说,“我回到伦敦的自然历史博物馆做鉴定,发现仅在新几内亚这一个晚上,就采集了大概1,000个新物种。可能我的下半辈子就要耗在描述它们上了。于是我把标本送人了,说:‘我得去个没那么多物种的地方,这样才有可能搞清楚到底是怎么回事!’”接下来的25年,赫伯特都在加拿大北极地区研究物种多样性的起源,而不是试图直接测量物种多样性。不过,他想以某种方式编目地球上一切生命的愿望从未动摇过。

到了20世纪90年代,技术上的进步使研究DNA变得容易。持有遗传学博士学位的赫伯特开始琢磨起一个叫作“CO1”的动物DNA序列片段。“很快我就意识到:‘天啊,大家的序列都各不相同,比较起来很容易。’”要是能用这些“条形码”(他是这么称呼那些CO1片段的)来分辨物种那该多好!

2000年夏天,他在安大略南部自家的后院里验证这个想法。和多年前在巴布亚新几内亚一样,他打开了一盏诱虫灯。这一回,他采集到的物种里没有一个新种,但这正是他想要的。为了证明DNA条形码技术能准确识别物种,首先就需要清楚样本中有哪些物种。他采集到了大约200种蛾类,发现全部都能用条形码标示出来。“如果我能辨别安大略的200种蛾子,我想我应该也能辨别我们星球上所有的动物。”

16年前始于那个后院的研究,成就了今天的安大略生物多样性研究所。这是圭尔夫大学内一座投入数百万美元建立的研究机构。他们收到全球各地的研究者寄来测序的样本,在网上建立的生物条形码数据库(Barcode of Life Data System,BOLD)现已收入来自超过500万个样本的条形码,代表了约50万个物种。

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>>作者简介

詹姆斯·切希尔(James Cheshire),地理学家,伦敦大学学院教授,对数据测绘充满热情。2017年荣获英国皇家地理学会颁发的库斯伯特奖。

奥利弗·乌贝蒂(Oliver Uberti),曾任《美国国家地理》杂志设计师,曾与詹姆斯·切希尔合作出版《不可见的地图集》和《伦敦》,2017年共同荣获北美制图信息学会颁发的想象制图学大奖。

译者谭羚迪,化学学士,海洋学硕士,现在山水自然保护中心从事城市生物多样性保护和环境教育。曾借助书中提到的感光记录器追踪鹱的繁殖行为,现在研究和保护的对象是热爱自然的人。

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