正文
海洋哺乳动物指的是生活史过程中长期依赖海洋生境的哺乳动物,例如我们常介绍的鲸豚,但也包括海獭、海牛类、鳍足类,此外北极熊在一定程度上也属于海洋哺乳动物。其中,顾名思义,鳍足类动物(Pinnipedia)长着像鳍一样的脚,这里面包括海豹、海狮(包括海狗)和海象。
海洋哺乳动物研究者在研究这些动物的种群动态的过程中,需要对这些个体识别,以确定它们个体之间的行为差异、年龄结构、雌雄比例,乃至整个种群的出生率、死亡率、增长率等内容。那么,研究人员是怎么对这些个体进行识别的呢?我们今天就来简单讲一讲以鲸类和鳍足类动物为主的个体识别方法。
一、照相识别法(Photo-ID)
通俗地说来,照相识别法就是从拍摄的照片中识别动物个体。这也是我们目前广泛应用于鲸类研究的方法,也是最自然的方法。鲸豚的皮肤上不似鳍足类长有细密的毛,所以它们的个体外观较易于识别。每一头鲸豚的外观都有所差异,最直接的差异体现在它们身上的色彩、斑纹上。例如露脊鲸头部长有形态各异的老茧,大翅鲸尾叶靠近腹面的那一侧以及身体侧面的斑纹各有特色,蓝鲸的体侧也有特异性的斑纹,虎鲸背鳍的形状、浅色的眼斑以及背鳍后部的鞍斑都是有效的识别标志。对于其它大部分海豚来说,由于研究人员最直观地能够观察到的便是海豚出水时露出的背鳍,因此背鳍的形状(是否有缺刻、缺刻的形态)也是一个重要的观察特征。此外,鲸豚身上还可能由于争斗而在身上留下永久的伤痕,这些也可作为识别的标志物。
↑ 让人能够一眼认出的大翅鲸——白化的大翅鲸 Migaloo,图源:
Migaloo-thewhitewhale
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↑ 大翅鲸形态各异的尾叶可作为识别个体的重要标志,图源:
The Orgins of the Shaka
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鲸类研究学家要研究某海域的某个鲸豚种群,首先需要拍摄足够多的照片,由此为该种群建立个体识别数据库,这里面应当尽可能多地将所遇见的该种群成员的背鳍照片收集起来,包括背鳍各个角度尤其是左右两面的图案。连年累积下来,我们就可能多次重复地看到某一个体出现,尤其是在一个封闭生境中、没有发生个体迁移的种群案例中。根据识别的个体总量的信息,我们就可以估算这个生境中种群的大小和它的动态变化(存活率、繁殖率等等),这就类似高中生物课本里提到的
标志重捕法(mark-recapture method)
,每一次重复识别到某一个体,就相当于一次重捕。因此,千万不要小瞧这些照片,看似单调的海豚背鳍当中可是隐藏了大量的重要数据。
上图由江门白海豚保护区的小冯同事拍摄,我们将照片放大来看,就会发现这两头白海豚不仅斑纹不同,背鳍上还存在细节上的差异:
箭头所指之处为缺刻,两头白海豚的缺刻痕迹明显不同,不过上传到知乎之后图片可能被压缩了看不太清……圆圈标识之处有一些齿痕,这些齿痕可能是玩耍或者争斗时所留。白海豚随着年岁的增加,灰色会褪去,形成斑点,最后逐渐变成粉白色。所以斑纹只能作为识别图案之一,背鳍的缺刻和痕迹也相当重要。
至于通过Photo-ID识别长有皮毛的鳍足类动物也并非完全不可行,只是考虑到长有皮毛的且肢体动作复杂的鳍足类的体表图案较难一下子分清,而且如若不是天然的斑点图案,褪色之后就看不见了,容易给研究工作带来混乱,因此研究人员选择了多种其它的标志应用法,下文将加以介绍。不过,在计算机的辅助下,用于识别的相片可作更为精细的调整,在此前提下也可对鳍足类的个体进行Photo-ID。比如下面这个例子:
这是一张港海豹的3D模型与港海豹照片重叠的屏幕截图。将3D模型的港海豹头部进行角度校正之后,我们就能清楚地识别出以鼻子、眼睛、外耳孔为固定点所体现出的该个体的体表斑纹。
3D模型校正的方法基本解决了肢体动作较为复杂的鳍足类动物“镜头感太差”的问题,当然了,除了3D模型校正,计算机还可帮助我们对鲸豚的Photo-ID进行细节上的分析。可惜,目前这些照片比对还无法完全依靠人工智能完成,研究人员要得到真实准确的研究数据,办公桌上的确还是要常备眼药水。
二、标志识别法——先想办法给海洋哺乳动物打上标签吧!
我们知道,要识别个体,个体上必须要有用于识别的标志物。倘若有天然的识别标志物那最好不过了,如果没有的话,我们就自己造一个。这些标志物必须在野外容易被辨认出来,并且能够在外头经受风吹雨打。人工制造的标志物最好低成本、好制作、方便应用,此外,还必须在应用过程中尽可能小地给动物造成伤害和病痛,尽可能地不要影响到这些动物的自然行为。不同团队的科学家之间必须要互相协调,不要重复打标志、二次影响到这些动物,当然了,也造成了不必要的浪费(我知道你们其实是在想办法用掉经费)。
a. 适用于鳍足类的鳍肢标志法(Flipper tagging)
前面说了,辨识鳍足类的体表图案是挺麻烦,而且,为鳍足类找到合适的识别标签(tag)也不容易。事实上,一开始并不存在为鳍足类专门制作的标签,于是一些研究人员找来农场工人打在牛或者羊耳朵上的耳标,来当作识别标志,例如这样的:
↑ 羊的耳标,图源:
Sheep Tags | Farming Products | Mole Valley Farmers
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这些标签的材料多样,有些是塑料制的,也有些是金属制或者是合金制的。研究人员会把标签打在海豹或者海狮的前鳍肢后缘,或是尾叶上。为了不影响它们的日常行动,一般是打在尾叶上,如下图,
图源:
Shetland Amenity Trust
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这种鳍肢标签通常是一种双向扣子,穿过鳍肢的肉然后扣在一起,这样可以防止标签脱落。由于打标签的过程中会将动物的内部组织暴露,所以研究人员一定要做好标签的清洁,以防造成动物的伤口感染。
↑ 双向标签细节图,图源:
Flossenmarke Robbe (Pinnipedia (marking))
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不同材料的鳍肢标签有各自的优缺点。理论上来讲,金属制品更牢固,所以金属标签寿命更长,然而正是由于它非常牢固,有时候会在鳍足类活动的过程中撕裂它们的鳍肢……呃,想想就很难受。而塑料标签可选择的色彩多,也更显眼,不过大家在生活过程中也能感知到,塑料的东西暴露久了会褪色,这样标签的寿命就不长了。在理想状态下,塑料标签可以持续10到15年,但是塑料标签的颜色寿命就短很多了。对了,考虑到大部分鳍足类生活在极区,温度过低的海水和空气还会使塑料变得易碎,这就要看研究人员可以付出多少成本在选择和购买更合适的标签上了。
有的研究人员为了保险起见,会选择为鳍足类动物打上双重标签,不过这个我不大推荐——被打一次洞就够可怜了,何况两次呢?而且身上挂着两个东西,对行为的影响或许会更大。有的研究人员为了让先前打了标签的动物能够在野外尽可能地被一下子认出来,会在打了标签的鳍足类(特别是海豹)身上剃毛或染色——这个选择倒还行,不过海豹是会定期换毛的,所以只能作短暂的参考用。
b. 适用于鳍足类的剃毛法(Fur Clipping)
由于幼年海豹和海狮(包括海狗)身上的毛在成年之后会褪去换上新毛,因此剃毛法只适用于短期观察。剃毛法尤其适用于针毛与绒毛颜色差异明显的动物身上。自1963年开始,研究人员就开始在北海狗的幼崽头上剃毛,以识别和估计北海狗的出生率。还有些研究人员在研究澳洲海狮宝宝的时候在海狮宝宝的屁股上剃出一道痕迹出来——当然,不是剃秃了,就是把针毛剃掉而已。
c. 适用于鳍足类的染色法(Dye marking)