А.Д. Чернецкий, В.В. Краснова, В.М. Марин, В.Ю. Кузьмин
Фотоидентификация — метод исследования биологии и экологии белух (Delphinapterus leucas):
все «за» и «против»
Фотоидентификация — метод исследования биологии и экологии белух (Delphinapterus leucas):
все «за» и «против»
На основе многолетних исследований рассматривается валидность метода фотоидентификации в изучении биологии и экологии белух. Показано, что недостаточная эффективность использования данного метода обусловлена особенностями внешнего вида белух (белая окраска тела и отсутствие выраженного спинного плавника), а также недолговечностью их кожных маркеров. Рекомендуется использовать фотоидентификацию в изучении закономерностей посещения белухами акватории в течение летнего сезона. Отмечается низкая себестоимость этого метода исследований.
Белуха (рис. 1) является ярким представителем арктической и субарктической фауны. В последнее время все большее внимание уделяется изучению особенностей поведения этих животных, богатого репертуара издаваемых ими акустических сигналов. И если в этих исследованиях был достигнут несомненный успех, то старый вопрос «Куда уходят белухи зимой?» в целом для большинства популяций этих животных остается открытым. Для изучения популяционной структуры вида, путей миграций животных, особенностей использования ими различных акваторий часто требуются исследования на индивидуальном уровне. При этом идентификация белух вызывает определенные трудности, учитывая их однотонную окраску и отсутствие спинного плавника. В настоящее время в период технического и научного прогресса наряду с традиционными методами исследований, такими как визуальные наблюдения, маршрутные судовые и авиа-учеты, уверенно завоевывают место методы, основанные на использовании специальных высокотехнологичных приспособлений, «тонких» анализов. К ним можно отнести спутниковую телеметрию, беспилотные летательные аппараты, фотоловушки, отбор биоматериалов для генетических исследований и т.д. Не последнее место в этом ряду принадлежит фотоидентификации.
Фотоидентификация — это метод, основанный на фотосъемке животных и выделении среди них особей с индивидуальными внешними отличиями (маркерами), которые позже могут быть вновь обнаружены и идентифицированы. Фотоидентификацию, как метод исследования структуры и численности популяций морских млекопитающих, начали применять с 70-х годов. Были созданы каталоги фотографий, в частности, косаток (Orcinus orca), горбатых (Megaptera novaeangliae) и серых (Eschrichtius robustus) китов и некоторых дельфинов. В настоящее время с совершенствованием цифровой фотографии эффективность использования данного метода стала выше. В комбинации с другими методами фотоидентификация используется не только для изучения распределения и оценки численности китообразных [2]Прасолова Е.А., Литовка Д.И., Беликов Р.А. Результаты фотоидентификации белух (Delphinapterus leucas) Анадырского лимана Берингова моря в 2013–2015 гг. // Морские млекопитающие Голарктики: Тез. докл. 9-й международ. конф. Санкт-Петербург, Россия. 31.10–05.11.2016 г. М. 2016. С. 72.[3]Тарасян К.К., Шулежко Т.С., Удовик Д.А. и др. Применение метода фотоидентификации для изучения летних скоплений белухи (Delphinapterus leucas) в устьях рек западной Камчатки // «Исследования водных биологических ресурсов Камчатки и северо-западной части Тихого океана». 2013. Вып. 28. С. 41–49.[6]Шпак О.В., Шулежко Т.С. Наблюдения и фотоидентификация необычной группы плотоядных косаток (Orcinus orca) в западной части Охотского моря // «Исследования водных биологических ресурсов Камчатки и северо-западной части Тихого океана». 2013. Вып. 28. С. 129–139.[7]Яковлев Ю.М., Тюрнева О.М., Вертянкин В.В. Фотоидентификация серых китов (Eschrichtius robustus) у северо-восточного побережья о. Сахалин в 2013 году // Отчет о научно-исследов. работе, подготовленный для «Эксон Нефтегаз Лимитед» и «Сахалин Энерджи Инвестмент Компани». Владивосток. 2014. 67 с.[8]Bradford A.L., Weller D.W., Wade P.R., Burdin A.M. and Brownell Jr. R.L. Population abundance and growth rate of western gray whales Eschrichtius robustus. Endangered Species Research. 2008. Vol. 6. P. 1–14.[13]Wilson B., Hammond P.S. and Thompson P.M. Estimating size and assessing trends in a coastal bottlenose dolphin population // Ecological Applications. 1999. Vol. 9. P. 288–300.[14]Williams R., Thomas L. Cost-effective abundance estimation of rare marine animals: small-boat surveys for killer whales in British Columbia, Canada. Biological Conservation. 2009. Vol. 142. P. 1542–1547. но и для описания социальной структуры групп животных и особенностей биологии отдельных индивидуумов [10]McGuire T.L., Blees M.K., Bourdon M.L. The development of a catalog of left-side digital images of individually-identified Cook Inlet beluga whales Delphinapterus leucas // North Pacific Research Board Final Report. 2011. 96 p.[11]Michaud R. St. Lawrence Estuary beluga (Delphinapterus leucas) population parameters based on photo-identification surveys, 1989–2012 // DFO Can. Sci. Advis. Sec. Res. Doc. 2013/130. 2014. 27 p.
Видеоиллюстрация. О работе экспедиции Лаборатории морских млекопитающих ИО РАН.
Первые попытки фотоидетификации белух на Белом море были предприняты в конце 90-х гг. в районе соловецкого репродуктивного скопления (мыс Белужий, остров Соловецкий, Онежский залив) в рамках работы экспедиции ИО РАН при поддержке Международного фонда защиты животных (IFAW). Исключительно благоприятные условия наблюдения за животными у мыса Белужий, такие как близость белух к наблюдательному пункту, их продолжительное нахождение на исследуемой акватории, позволили развивать и совершенствовать метод и с 2007 г. приступить к регулярному фотомониторингу белух соловецкого скопления. Цель этой работы — на основе нашего многолетнего опыта оценить валидность метода фотоидентификации в изучении биологии и экологии белухи, описать его преимущества и недостатки.
Фотоидентификация белух
Получение пригодных для анализа фотографий белух достаточно сложный процесс, требующий определенных навыков. Животные не имеют контрастной окраски, а неблагоприятные условия освещения могут маскировать даже хорошо выраженные кожные дефекты. Поэтому опыт фотографа и качество оборудования имеют определяющее значение. Животных обычно фотографировали с берега (рис. 2).
Анализ полученных изображений проводится в несколько этапов. На первом этапе анализа изображения белух кадрируются, снимки сортируются на левые и правые боковые стороны. В идеале фотографии каждого животного должны включать три сегмента правой и левой стороны: переднюю, среднюю и заднюю части туловища. Однако не всегда удается получить фотографии, отображающие все сегменты тела.
На втором этапе на фотографиях выделяют животных с маркерами (кожными дефектами). Кожные дефекты белух были разделены на три группы: механические повреждения, проявления различных заболеваний и дефекты в виде гипер- и гипопигментированных участков кожи (рис. 3, 4) [1]Краснова В.В., Чернецкий А.Д., Русскова О.В. Кожные дефекты у белухи Delphinapterus leucas (Pallas, 1776) из соловецкого скопления (Белое море) по результатам фотоидентификации // Биология моря. 2015. Т. 41, № 5. С. 349–360.
На последнем этапе по результатам анализа составляется каталог фотографий идентифицированных белух. Поскольку белухи в соловецком скоплении довольно динамичны и основную часть времени проводят под водой, у животных не всегда удается определить и сфотографировать обе боковые стороны. В связи с этим, большая часть животных идентифицируется лишь по одной стороне. Белухи, имеющие боковые стороны с индивидуальными отличиями, получают уникальные идентификационные номера. Каталог идентифицированных белух (боковых сторон) составляется по сквозному типу: в каждый последующий летний сезон нумерация особей является продолжением предыдущего года. При повторной встречаемости белухи ее первоначальный идентификационный номер сохраняется.
На основе сформированного каталога создается электронная база, в которую, кроме изображения животного, включается информация о датах его съемки, половозрастном статусе и наличии или отсутствии у самок детенышей.
Недостатки метода фотоидентификации при исследовании белух
В процессе фотоидентификации особей у большинства видов китообразных производится сравнение спинных или хвостовых плавников. Сравнивают их контуры, формы, окраску [12]Tyurneva O.Yu., Yakovleva Yu.M., Wright C.T. et al. The Western North Pacific Gray Whales of Sakhalin Island // Canada. Victoria: Trafford Publishing, 2007. 196 p. У дельфинов в большинстве случаев рассматривают дефекты на спинном плавнике, в виде различных выбоин или зазубрин и т.д. Часто китообразных идентифицируют по уникальной окраске или узору на теле, как например серых китов или по различным седловидным пятнам у основания спинного плавника у косаток. В этом смысле из-за своих внешних особенностей белуха является сложным объектом для идентификации и различие особей данного вида в основном проводится по уникальным отметинам и шрамам на теле — правом или левом боку.
Являясь стадными животными, белухи на акватории появляются группами, которые отличаются подвижным и неустойчивым характером (рис. 5). Животные регулярно перегруппировываются, объединяясь и распадаясь на более мелкие структуры. Как указывалось выше, из-за этого не всегда удается у всех животных сфотографировать и идентифицировать обе стороны. В связи с чем существует большая вероятность, что одна и та же особь может попасть в фотокаталог дважды — отдельно по каждой из сторон. Поэтому для исключения повторов при оценке численности белух принимаются во внимание только все правые или все левые стороны, при этом результат вынужденно занижается.
Однако основной трудностью, с которой пришлось столкнуться при выполнении фотоидентификации белух, следует считать недолговечность их кожных дефектов. Показано, что основную массу кожных маркеров у белух составляют механические повреждения в виде различных шрамов и царапин (рис. 6, 7). По результатам многолетних исследований известно, что средний период сохранности механических дефектов кожи — чуть более двух лет (рис. 8) [1]Краснова В.В., Чернецкий А.Д., Русскова О.В. Кожные дефекты у белухи Delphinapterus leucas (Pallas, 1776) из соловецкого скопления (Белое море) по результатам фотоидентификации // Биология моря. 2015. Т. 41, № 5. С. 349–360.[9]Kaplan C.C., McGuire T.L., Blees M.K., Raborn S.W. Longevity and causes of marks seen on Cook Inlet Beluga Whales // Chapter 1. In: Photo-identification of beluga whales in Upper Cook Inlet, Alaska: Mark analysis, mark-resight estimates, and color analysis from photographs taken in 2008. Report prepared by LGL Alaska Research Associates, Inc., Anchorage, AK, for National Fish and Wildlife Foundation, Chevron, and ConocoPhillips Alaska, Inc. 2009. 50 p. По истечении двухлетнего периода основная масса кожных повреждений становится неинформативной: белухи «теряют» старые маркеры и приобретают новые. В связи с чем мы пришли к выводу, что эффективность метода фотоидентификации белух по истечении длительного промежутка времени будет постепенно снижаться. Наиболее результативный период работы с данными фотоидентификации белух не более 2–3 лет, что соответствует периоду сохранности механических повреждений кожи. По прошествии этого времени большая часть животных может поменять свой индивидуальный «рисунок». Если белуху не удается регистрировать ежегодно в течение нескольких лет, то это может привести к появлению в каталоге «новых» особей. Таким образом, для рассуждений о постоянстве индивидуального состава скопления белух необходимо опираться только на долговременные маркеры, наличие которых подтверждается несколькими годами наблюдений. Для иллюстрации таких случаев на рис. 9 представлены фотографии белухи № 96, отснятые в период с 2009 по 2012 год. Первоначально эта белуха идентифицировалась по кожному дефекту на правом боку в виде черных точек в форме стрелы. По нашим предположениям, этот дефект относится к кожному заболеванию, вызванному поксвирусоподобной инфекцией (Pox-virus), отличающейся высокой устойчивостью (период сохранности до 10 лет и более) [1]Краснова В.В., Чернецкий А.Д., Русскова О.В. Кожные дефекты у белухи Delphinapterus leucas (Pallas, 1776) из соловецкого скопления (Белое море) по результатам фотоидентификации // Биология моря. 2015. Т. 41, № 5. С. 349–360. Однако в летний сезон 2010 г. у белухи на правом боку появились шрамы слева и ниже спинного гребня. Только благодаря ее прежнему маркеру в виде стрелы мы смогли ее идентифицировать и ошибочно не отнести к «новой» особи. Через два года белуха появилась в скоплении уже с гладким боком, лишенным шрамов и вновь ее отличительным признаком служил маркер в виде стрелы.
Кроме выше перечисленного необходимо отметить зависимость качественной съемки белух от освещения. Отсутствие контрастной окраски у белух приводило к тому, что как при контровом, так и при интенсивном фронтальном освещении в большинстве случаев дефекты на коже белого цвета оставались неразличимыми, в результате чего индивидуальный рисунок на теле белухи воспринимался с различными вариациями (рис. 10). Тот же эффект наблюдался при съемке во время сумеречного света. Все перечисленное влияло на количество качественных фотографий животных.
Преимущества метода фотоидентификации при исследовании белух
Несмотря на все описанные сложности, фотоидентификация, на наш взгляд, является самым эффективным методом для изучения индивидуального состава скопления белух. По сравнению со спутниковой телеметрией, которая позволяет исследовать перемещения конкретных особей с большой точностью, фотографирование имеет большое преимущество, так как не требует отлова животных для закрепления спутниковых либо радио-меток. Тем самым белухи не травмируются, и не нарушается их естественное поведение. В отличие от визуальных наблюдений, использования фотоловушек, видеосъемки (подводной, надводной, авиасъемки) фотографирование позволяет получить неограниченное количество снимков; имеет возможность сфокусировать съемку на выбранном объекте; снять животное в разных режимах. Так, в настоящее время при помощи метода фотоидентификации нами выявлен индивидуальный состав белух соловецкого скопления. В каталог включено 455 идентифицированных сторон. Для каждой из них известны день и время нахождения на акватории скопления. Исследования на индивидуальном уровне, позволили описать поведение отдельных особей. В дальнейшем на основе наблюдений за отдельными особями были выявлены некоторые особенности биологии вида. Например, исследуя родительское поведение белухи было установлено, что детеныш находится с матерью в устойчивой паре в течение трех лет, позже они сепарируются от самки (рис. 11, 12). Показано, что период яловости самок обычно составляет два-три года.
В связи с тем, что кожные маркеры белух в течение одного летнего сезона хорошо сохраняются, фотоидентификация является валидным методом для изучения сезонной динамики посещения животными исследуемой акватории. Единственное необходимое условие для этого — ежедневное регулярное фотографирование в течение всего доступного для проведения работ времени. Учитывая высокую подвижность белух, наилучшие результаты получаются, если данная задача выполняется одновременно несколькими фотографами. В настоящее время нами выявлены особенности посещения белухами акватории соловецкого скопления. Показано, что не все белухи в течение всего летнего сезона находятся на акватории скопления (рис. 13). Большая часть белух приходит только на определенное время, которое зависит, вероятно, от их физиологического состояния, погодных условий и кормовой базы. Более того, возможность фотографировать в разных местах Белого моря, позволила выявить перемещение некоторых белух в течение лета из одного скопления на акваторию другого [4]Чернецкий А.Д., Краснова В.В., Белькович В.М. Изучение структуры Соловецкого репродуктивного скопления белух (Delphinapterus leucas) в Белом море методом фотоидентификации // Океанология. 2011. Т. 51, № 2. С. 286–292.[5]Чернецкий А.Д., Краснова В.В., Мельникова Ф.Э., Беликов Р.А. Динамика состава соловецкого и мягостровского скоплений белух в летнем сезоне 2013 г. (Белое море, Онежский залив) // Морские млекопитающие Голарктики: Тез. докл. 8-й международ. конф. Санкт-Петербург, Россия. 22–27.09.2014 г. М. 2015. Т. 2. С. 298–302.
Фото ID представляется достаточно перспективным методом исследований еще и по той причине, что полученные фотоматериалы порой заставляют исследователей задуматься о причинах возникновения тех или иных маркеров. На основе многолетних данных по фотоидентификации у белух соловецкого скопления были описаны и систематизированы кожные дефекты, обнаруженные на фотографиях животных. По их внешним признакам определена возможная природа их происхождения. По состоянию кожных дефектов, их разнообразию и частоте встречаемости проведена оценка здоровья соловецких белух (рис. 14) [1]Краснова В.В., Чернецкий А.Д., Русскова О.В. Кожные дефекты у белухи Delphinapterus leucas (Pallas, 1776) из соловецкого скопления (Белое море) по результатам фотоидентификации // Биология моря. 2015. Т. 41, № 5. С. 349–360.
В заключение, необходимо отметить низкую себестоимость использования данного метода в исследованиях, что, безусловно, является положительным ее качеством.
Таким образом, эффективность метода фотоидентификации определяется задачей, которую вы должны решить в рамках своих исследований. Исследователь должен четко понимать, какой результат он хочет получить при выполнении работы. Надеемся, что наша статья послужит дополнительной подсказкой при выборе методики исследований.
Список литературы
- Краснова В.В., Чернецкий А.Д., Русскова О.В. Кожные дефекты у белухи Delphinapterus leucas (Pallas, 1776) из соловецкого скопления (Белое море) по результатам фотоидентификации // Биология моря. 2015. Т. 41, № 5. С. 349–360.
- Прасолова Е.А., Литовка Д.И., Беликов Р.А. Результаты фотоидентификации белух (Delphinapterus leucas) Анадырского лимана Берингова моря в 2013–2015 гг. // Морские млекопитающие Голарктики: Тез. докл. 9-й международ. конф. Санкт-Петербург, Россия. 31.10–05.11.2016 г. М. 2016. С. 72.
- Тарасян К.К., Шулежко Т.С., Удовик Д.А. и др. Применение метода фотоидентификации для изучения летних скоплений белухи (Delphinapterus leucas) в устьях рек западной Камчатки // «Исследования водных биологических ресурсов Камчатки и северо-западной части Тихого океана». 2013. Вып. 28. С. 41–49.
- Чернецкий А.Д., Краснова В.В., Белькович В.М. Изучение структуры Соловецкого репродуктивного скопления белух (Delphinapterus leucas) в Белом море методом фотоидентификации // Океанология. 2011. Т. 51, № 2. С. 286–292.
- Чернецкий А.Д., Краснова В.В., Мельникова Ф.Э., Беликов Р.А. Динамика состава соловецкого и мягостровского скоплений белух в летнем сезоне 2013 г. (Белое море, Онежский залив) // Морские млекопитающие Голарктики: Тез. докл. 8-й международ. конф. Санкт-Петербург, Россия. 22–27.09.2014 г. М. 2015. Т. 2. С. 298–302.
- Шпак О.В., Шулежко Т.С. Наблюдения и фотоидентификация необычной группы плотоядных косаток (Orcinus orca) в западной части Охотского моря // «Исследования водных биологических ресурсов Камчатки и северо-западной части Тихого океана». 2013. Вып. 28. С. 129–139.
- Яковлев Ю.М., Тюрнева О.М., Вертянкин В.В. Фотоидентификация серых китов (Eschrichtius robustus) у северо-восточного побережья о. Сахалин в 2013 году // Отчет о научно-исследов. работе, подготовленный для «Эксон Нефтегаз Лимитед» и «Сахалин Энерджи Инвестмент Компани». Владивосток. 2014. 67 с.
- Bradford A.L., Weller D.W., Wade P.R., Burdin A.M. and Brownell Jr. R.L. Population abundance and growth rate of western gray whales Eschrichtius robustus. Endangered Species Research. 2008. Vol. 6. P. 1–14.
- Kaplan C.C., McGuire T.L., Blees M.K., Raborn S.W. Longevity and causes of marks seen on Cook Inlet Beluga Whales // Chapter 1. In: Photo-identification of beluga whales in Upper Cook Inlet, Alaska: Mark analysis, mark-resight estimates, and color analysis from photographs taken in 2008. Report prepared by LGL Alaska Research Associates, Inc., Anchorage, AK, for National Fish and Wildlife Foundation, Chevron, and ConocoPhillips Alaska, Inc. 2009. 50 p.
- McGuire T.L., Blees M.K., Bourdon M.L. The development of a catalog of left-side digital images of individually-identified Cook Inlet beluga whales Delphinapterus leucas // North Pacific Research Board Final Report. 2011. 96 p.
- Michaud R. St. Lawrence Estuary beluga (Delphinapterus leucas) population parameters based on photo-identification surveys, 1989–2012 // DFO Can. Sci. Advis. Sec. Res. Doc. 2013/130. 2014. 27 p.
- Tyurneva O.Yu., Yakovleva Yu.M., Wright C.T. et al. The Western North Pacific Gray Whales of Sakhalin Island // Canada. Victoria: Trafford Publishing, 2007. 196 p.
- Wilson B., Hammond P.S. and Thompson P.M. Estimating size and assessing trends in a coastal bottlenose dolphin population // Ecological Applications. 1999. Vol. 9. P. 288–300.
- Williams R., Thomas L. Cost-effective abundance estimation of rare marine animals: small-boat surveys for killer whales in British Columbia, Canada. Biological Conservation. 2009. Vol. 142. P. 1542–1547.