בחינת ברדלסים: אנשי זיהוי על ידי עקביהם
Summary
The cheetah (Acinonyx jubatus) is an iconic, endangered species, but conservation efforts are challenged by habitat shrinkage and conflict with commercial farmers. The footprint identification technique, a robust, accurate and cost-effective image classification system, is a new approach to monitoring cheetahs.
Abstract
The cheetah (Acinonyx jubatus) is Africa’s most endangered large felid and listed as Vulnerable with a declining population trend by the IUCN1. It ranges widely over sub-Saharan Africa and in parts of the Middle East. Cheetah conservationists face two major challenges, conflict with landowners over the killing of domestic livestock, and concern over range contraction. Understanding of the latter remains particularly poor2. Namibia is believed to support the largest number of cheetahs of any range country, around 30%, but estimates range from 2,9053 to 13,5204. The disparity is likely a result of the different techniques used in monitoring.
Current techniques, including invasive tagging with VHF or satellite/GPS collars, can be costly and unreliable. The footprint identification technique5 is a new tool accessible to both field scientists and also citizens with smartphones, who could potentially augment data collection. The footprint identification technique analyzes digital images of footprints captured according to a standardized protocol. Images are optimized and measured in data visualization software. Measurements of distances, angles, and areas of the footprint images are analyzed using a robust cross-validated pairwise discriminant analysis based on a customized model. The final output is in the form of a Ward’s cluster dendrogram. A user-friendly graphic user interface (GUI) allows the user immediate access and clear interpretation of classification results.
The footprint identification technique algorithms are species specific because each species has a unique anatomy. The technique runs in a data visualization software, using its own scripting language (jsl) that can be customized for the footprint anatomy of any species. An initial classification algorithm is built from a training database of footprints from that species, collected from individuals of known identity. An algorithm derived from a cheetah of known identity is then able to classify free-ranging cheetahs of unknown identity. The footprint identification technique predicts individual cheetah identity with an accuracy of >90%.
Introduction
הברדלס (jubatus Acinonyx) הוא felid בסכנת ההכחדה ביותר של אפריקה רשומה כפגיע עם מגמת אוכלוסיית ירידה של הרשימה האדומה של IUCN של מינים מאוימים 1. אוכלוסיית הברדלס העולמית מוערכת בטווח שבין 7-10,000 יחידים 1 ונמיביה מוכרת כמעוז הגדול של ברדלס חינם יריעה, עם אולי יותר משליש מאוכלוסיית העולם 4,6,7. אומדני האוכלוסייה עבור דרום אפריקה בשנת 2007 הניח האוכלוסייה הצ'יטה של נמיביה ב 2000 עם בוטסואנה המדינה מגוון הבא הקרוב עם 1,800, ואחריה דרום אפריקה (550), זימבבואה (400), זמביה (100), מוזמביק (<5). כמה מדינות היו 7 unassessed.
הרשויות בנמיביה יש חזון בבירור של "Secure, אוכלוסיות ברדלס קיימא תוך שימוש במגוון של מערכות אקולוגיות כי לדור בכפיפה אחת בהצלחה עם, ואת מוערכים על ידי, אנשי נמיביה." עם זאת, בעלי חייםחקלאות ומשחק, הם קרקע נעזרה ב נמיביה 8,9 ובעלי אדמות מלכודת בקביעות ולהרוג ברדלס על תכונותיהם בניסיון להפחית טריפה של בעלי חיים או חיות ברות יקרות. יותר מ -1,200 ברדלסים הוסרו 1991 ל -2006, אך לא כולם כאלה "offtakes 'נרשמו 10. יתר על כן, יש ויכוח על האם או לא זה הוא פתרון יעיל לסכסוך החקלאי-צ'יטה. הסרת החיות נתפסות גורם סכסוך, על ידי הריגה או טרנסלוקציה עשויה להיות פחות יעילה מאשר קלה של סכסוך באמצעים אחרים, כגון הגנת בעלי חיים טובה יותר 11. שיעורי פורסם הישרדות במשך 12 חודשים-טרנסלוקציה פוסט נעים בין 18% 11 עד 40% 12.
איסוף נתונים מהימנים על המספרים, הזהות וההפצה של ברדלס בנמיביה הוא מפתח לטיפול במצבי קונפליקט האנושית-צ'יטה. צ'יטה הנוכחי טכניקות ניטור נעות בין שאלונים ממוקדים מן נאמימשרד לאיכות הסביבה ביאן ותיירות לבעלי העניין 4 לתצפיות אופורטוניסטים ידי תיירי הממשלה מדווח 4, לשימוש מלכודות מצלמה 13, GPS או צווארוני VHF 10,14, סקרי ראיון חקלאי 8, ואפילו נקודת דפוס 15. עם זאת, השוואה של היעילות של שיטות אלו ללא benchmark או כימות משותף של מאמץ סקר קשה. כל מגבלות; צווארונים בלוויין VHF GPS הם יקרים ולעתים קרובות לא אמין, שאלונים ממוקדים מוגבל בהיקפו, ו-מלכודות מצלמה יש טווח מוגבל.
הערכות שנוצרו באמצעות שיטות שונות אלה משתנים במידה רבה. דה מרקר et al. 10 הדגישו את הצורך בגישה מתואמת יותר. מגוון שיטות שמש על האדמות החקלאיות לידי להעריך צפיפות אוכלוסיית ברדלס, ואלה יצרו מגוון של ערכות. לדוגמה, מחקר טלמטריה רדיו מוערך 2.5 (± 0.73) ברדלסים / 1,000 ק"מ <sup> 2 תוך מחקר המצלמה מלכודת מוערך 4.1 (± 0.4) ברדלסים / 1,000 ק"מ 2 (דה מרקר et al. 2007). וריאציה זו מדגישה את הבעיה של שימוש בשיטות שונות כדי להעריך צפיפות, אך עד כה לא יחידה, יעילה, טכניקת דיר זוהתה אשר יכול לשמש על פני המגוון הרחב של בתי גידול כי ברדלסים לכבוש בנמיביה. זה נשאר בעיה לניטור ושימור ברדלס יעיל.
אתגר זה שהצית את הפיתוח של כלי חזק, חסכוני וגמיש לניטור צ'יטה. הטכניקה זיהוי טביעת פותחה לראשונה עבור קרנף שחור 16 ובהמשך הותאמה למגוון רחב של מינים, כולל קרנף לבן 17, נמר אמאר 18, אריה הרים 19, ואחרים.
מחקרים שונים הראו כי ניתן להשתמש עקבות לזהות טורפים גדולים על ידי מינים, אנשים, ומין. התהליךהתפתח תיאור צורה פשוטה של עקבות 20 להשוואת מדידות 21, ועד ניתוח סטטיסטי של מדידות אחד או כמה 16,17,22-30 ולעצב ניתוח 31 מאמצים אלה ילמדו היו משתנים הצלחה, הדבר תלוי ברובו על הקשיחות של איסוף נתונים ותהליכים אנליטיים, ומספר חיות מבחן המשמשות לפתח את מערכי הנתונים הכשרים. ישנם מספר יתרונות מעשיים של שימוש עקבות. הראשונה היא כי תמונות ניתן לאסוף לצד גישות אחרות פולשני (למשל, מצלמה-שמן, אוסף דנ"א שיער / צואה, וכו ') עם מאמץ נוסף קטן מאוד או עלות. שנית, עקבות, שבו היתרי מצע, הסימן הנפוץ ביותר של פעילות בעלי החיים.
טכניקת זיהוי טביעת הרגל היא הטכניקה לזיהוי טביעת רגל החזקה הראשונה תארה ברדלס והוא ישים בכל אתר שבו עקבות נמצאות. עקבות חייבות להיות sufficiently מוגדר כי הבהונות והעקב של הדפסה ניתן לראות בבירור בעין בלתי מזוינת. מפעילי שדה חייבים להכיר את האנטומיה הבסיסית של כף רגל הברדלס ולהיות מסוגל לזהות הדפסים בתחום הריבית, ולהבחין ביניהם לבין הדפסים של כל טורפים גדולים sympatric אחרים. הטכניקה יכולה לשמש גם כטכניקה במפקד (למשל, כמה ברדלסים מיוצגים על ידי העקבות נאספות?) או ככלי לניטור אנשים ספציפיים. Footprints יכול לשמש גם 'מסמן' בניתוחי סימן-לכבוש מחדש, באמצעות הטכניקה כדי לזהות אנשים, ולאחר מכן לחשב צפיפות מקומית של המינים. איסוף הנתונים דורש רק מצלמה דיגיטלית בסיסית וקנה מידה.
Protocol
Representative Results
Discussion
מאמר זה מתאר את היישום התיאורטי של טכניקת זיהוי טביעה והפוטנציאל שלה כגישה חדשה וחסכונית, ידידותי קהילת הניטור, ומכאן עוזר לשמר צ'יטה. השלבים הבאים ביישום הרחב יותר של הכלי יהיו לבדוק אותן בשטח נרחב יותר עם אוכלוסיות ברדלס באזורי טווח.
טכניקת זיהוי הטביעה שונה מניסיונות קודמים לזהות אנשים מן העקבות במובנים מרכזיים; פרוטוקול אוסף טביעת רגל סטנדרטי וקפדן, תוכנת ממשק משתמש גרפית יעילה, האורינטציה ואופטימיזציה של תמונות לפני הניתוח, ואת מודל סטטיסטי חדש לסיווג.
ישנם מספר שלבים קריטיים הכרחי להצלחתה של הפרוטוקול. ראשית, שבילי חול חייבים להיות מוכנים כראוי החיה הובילה על פני החול בקצב הליכה נינוח נורמלי. כאשר הדמית טביעות הרגליים, photographer חייב להיות בדיוק מעל הראש של מרכז ההדפסה. לעתים קרובות כדאי להיות משקיף לבדוק זאת. לבסוף, חשוב מאוד כי הצלם (או עוזרים, אשר עשוי להיות גשש מומחה) תוכל לזהות טביעת רגל ברדלס על הקרקע, ויש להם את המיומנות כדי לעקוב אחר עקבות רגליים קדימה או אחורה לאורך הקו של נסיעות .
מעקב מיומנויות חיוניות יישום נוסף היעיל של טכניקה זו לניטור ברדלסים ידועים או בחינם יריעה. חוסר המיומנות יכול להוביל גביית עקבות מוגדרות היטב מספיק או בלבול בין השבילים של בעלי חיים שונים שעשויים לנסוע יחד. נקודה אחרונה זה חשוב במיוחד עבור ברדלסים, שבו גברים צעירים לפעמים קואליציות של 3 או יותר חיות שנעות יחד. עם זאת, חשש זה טופל לעוד יצורים חברתיים, הקרנף הלבן, שבו קבוצות של עד 13 איש נעות יחד היו כראוי מזוהותהמצוין על ידי טכניקת זיהוי טביעת הרגל באמצעות קדימה או אחורה מעקב של שבילים (Alibhai et al. 2008) 17.
אמנם יש כעת כמה נותרים עוקבים מומחה ילידים, מאמצים נעשים על מנת לעסוק איתם ולהעביר את כישוריהם כדי צעירים הקהילה שלהם. יוזמה אחת כזו, אקדמית המיומנויות עתיקות, תתארח על ידי N / a'an ku SE קרן בנמיביה. בדומה לכך, הצמיחה המהירה של תוכניות הסמכה אימון Tracker הוא מה שמאפשר למדענים וגם חובבי טבע ללמוד טכניקות שדה חיוניים אלה.
מיצוב המדריך המדויק של נקודות ציון על תמונות טביעת רגל הוא מרכזיית הדיוק של הטכניקה. שוב, מפעילים חייבים להכיר את האנטומיה הבסיסית של טביעת הרגל וכתוצאה מכך. המחברים כיום מנסים לפתח אוטומציה כדי למזער את עבודת הכפות המעורבות, ולסייע ביישוב חששות לגבי סטןdardization פני מפעילים שונים. בינתיים, מומלץ פשוט כי מיצוב ציון דרך בתחום אחריותו של מפעיל אחד בכל אתר שדה. נערכים מאמצים לעסוק מדענים אזרח לכידת נתונים וניתוח, אשר יגבירו עצומה-יישום בשטח. למרות המגבלות הנוכחיות אלה, פרוטוקול תוכנה זו נפרס בהצלחה בתחום עבור מגוון של מינים, כולל שחור קרנף לבן, טפיר השפלה ו אמאר נמר.
יש עבודה עם עקבות מגבלה אחת ברורה – המצע חייב להתיר הרושם הברור שלהם. הדפסים חלקיים או הדפסים באיכות ירודים לספק 32 פירוט דרוש. עם זאת, שטחים גדולים של מגוון ברדלס הם אידיאליים עבור אוסף סימן עקב, ועל שטחים קטנים אחרת מתאימים זה יכול להיות אפילו אפשר לעקוף מגבלה זו על ידי צבת שבילי חול המלאכותי לאסוף עקבות. רפידות רושם טביעה אלה יכולים לשמש ביעילות בשילוב עם caMera-מלכודות, למשל ב סימון תגובות / עצי ברדלס ידועים. מעקב מיומנויות וידע מקומי יכול מאוד לסייע באיתור וזיהוי תחומי המצע המתאים.
בגלל טכניקת זיהוי טביעת הרגל אינה פולשני, זה לא גורם לשום הפרעת האקולוגיה או ההתנהגות של החיה. מחקרים רבים הראו את פוטנציאל הסיכון ולקחת אמיתי של לכידה, חוסר תנועה, טיפול, והתאמה מכשור, העלות שהתהוותה מעשים כאלה, ואת הסיכון של איסוף 33 נתונים אמינים. יש זיהוי טביעה כטכניקת יתרון נוסף בניהול שימור. בהתבסס על מיומנויות מעקב מסורתיות, ובעלות יעילות, זה יכול לעסוק קהילות מקומיות לשולים בעבר בתהליכי ניטור שימור. סטנדר 34 ו Liebenberg 35 התייחסו באופן עצמאי העידו על מיומנויות ניטור שימור הערך כולל קבוצות אלה.
התפתחויות עתידיות יכולת טכניקת זיהוי טביעה לניטור ברדלס נמשכות, וכוללות וניסויי שדה למתן תוקף עם ברדלסים חינם יריעה, בניית אלגוריתמי גיל ממדרגה (כולל שינויים במורפולוגיה רגל של יחידים לאורך זמן) ובקרות מצע. המחברים גם חוקרים טכניקות ראייה ממוחשבת המאפשרות פילוח תמונה כדי לייעל דיוק ועקביות בסימון נקודות ציון דרך.
מאז עקבות הן אחד סימני חיה שמרווחים, ולעתים קרובות הרבה יותר קלות למצוא מאשר החיות עצמם, האימוץ הרחב יותר של זיהוי טביעת רגל יכול להיות משחק משתנה בניטור שימור. האזורים היבשתיים המוגנים העיקריים בעולם לקבל שמונה מוערך מיליארדים ביקורי פנאי לשנת 36. רוב האורחים כעת לשאת טלפונים חכמים. שימוש ביישום מפותח עבור WildTrack איסוף נתוני טביעת רגל יהיה פשוט ומהיר שעלול דוארffect ערכת נתונים של גודל מדגם תקדים בקנה מידה מרחביים. עם פרוטוקול איסוף נתונים חסכוני, טכניקת זיהוי הטביעה מסתגלת בקלות כדי להשתלב לתוך כל ארגז כלים לשימור. כמערכת סיווג תמונה, זה מודל חזק יכול להיות גם יישום, המשפטי הרפואי, ושדות-אכיפת החוק (למשל, נגד ציד בלתי חוקי).
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to acknowledge the support of the N/a’an ku sê Foundation, Namibia; the JMP division (jmp.com) of SAS (sas.com) USA; Chester Zoo, U.K., Cheetah Conservation Botswana, Botswana; and Foundation SPOTS, Netherlands.
Materials
| ITEM | |||
| Garden shovel | |||
| Garden rake | |||
| Substrate tamper | |||
| River or builders sand | |||
| Buckets | |||
| Watering can or sprayer | |||
| Digital camera | |||
| Paper for Photo ID slips | http://wildtrack.org/citizen-science/photographing-footprints/ | ||
| Carpenters' cm folding rule | |||
| Laptop or desktop computer | |||
| JMP software | |||
| The footprint identification technique add-in to JMP software |
Referenzen
- Zanin, M., Palomares, F., Brito, D. What we (don’t) know about the effects of habitat loss and fragmentation on felids. Oryx. 49 (1), 96-106 (2015).
- Nowell, K. . Namibia cheetah conservation strategy. , 78 (1996).
- Stein, A. B., Aschenborn, O., Kastern, M., Andreas, A., Thompson, S. . Namibia Large Carnivore Atlas. , 12 (2012).
- Jewell, Z. C., Alibhai, S. K. . Identifying Endangered Species from Footprints. , (2013).
- Johnson, S., et al. Modeling the viability of the free-ranging cheetah population in Namibia: an object-oriented Bayesian network approach. Ecosphere. 4 (7), art 90 (2013).
- Purchase, G., Marker, L., Marnewick, K., Klein, R., Williams, S. . Regional assessment of the status, distribution and conservation needs of cheetahs in southern Africa. Status and conservation needs of cheetahs in southern Africa. , 44-46 (2007).
- Lindsey, P. A., et al. Determinants of persistence and tolerance of carnivores on Namibian ranches: Implications for conservation on southern African private lands. PLoS ONE. 8 (1), e52458 (2013).
- Mendelsohn, J. . Farming systems in Namibia; A publication for the Namibia National Farmers Union (NNFU). , (2006).
- Marker, L., Dickman, A., Wilkinson, C., Schumann, B., Fabiano, E. The Namibian cheetah: Status report. Cat News. 3, 4-13 (2007).
- Boast, L. K., Good, K., Klein, R. Translocation of problem predators: is it an effective way to mitigate conflict between farmers and cheetahs Acinonyx jubatus. in Botswana?. Oryx. (1365-3008), 1-8 (2015).
- Weise, F. J., Stratford, K. J., van Vuuren, R. J. Financial Costs of Large Carnivore Translocations – Accounting for Conservation. PLoS ONE. 9 (8), e105042 (2014).
- Marnewick, K., Funston, P. J., Karanth, K. U. Evaluating camera trapping as a method for estimating cheetah abundance in ranching areas. S. Afr. J. Wildl. Res. 38 (1), 59-65 (2008).
- Wachter, B., et al. The use of data from VHF and GPS radio-collared cheetahs to decrease conflicts between cheetahs and farmers in Namibia. 26, 556-567 (2006).
- Kelly, M. J. Computer-aided photograph matching in studies using individual identification: an example from Serengeti cheetahs. J. Mammal. 82 (2), 440-449 (2001).
- Jewell, Z. C., Alibhai, S. K., Law, P. R. Censusing and monitoring black rhino (Diceros bicornis.) using an objective spoor (footprint) identification technique. J. Zool. 254 (1), 1-16 (2001).
- Alibhai, S. K., Jewell, Z. C., Law, P. R. A footprint technique to identify white rhino Ceratotherium simum at individual and species levels. Endanger. Species Res. 4, 205-218 (2008).
- Gu, J., Alibhai, S. K., Jewell, Z. C., Jiang, G., Ma, J. Sex determination of Amur tigers (Panthera tigris altaica) from footprints in snow. Wildl. Soc. Bull. 38 (3), 495-502 (2014).
- Jewell, Z. C., Alibhai, S. K., Evans, J. W. Monitoring mountain lion using footprints: A robust new technique. Wild Felid Monitor. 7 (1), 26-27 (2014).
- Panwar, H. S. A note on tiger census technique based on pugmark tracings. Indian For. (Special Issue), 70-77 (1979).
- Sagar, S. R., Singh, L. A. K. Technique to distinguish gender of tiger (Panthera tigris) from pugmarks. Indian For. 117, 24-28 (1993).
- Lewison, R., Fitzhugh, E. L., Galentine, S. P. Validation of a rigorous track classification technique: identifying individual mountain lions. Biol. Conserv. 99 (3), 313-321 (2001).
- Smallwood, K. S., Fitzhugh, E. L. A track count for estimating mountain lion Felis concolor californica population trend. Biol. Conserv. 71 (3), 251-259 (1995).
- Scharis, I., Rasmussen, G. S. A., Laska, M. Using morphometrics to quantitatively differentiate African wild dog footprints from domestic dog footprints – a pilot study. Afr. J. Ecol. 54 (1), 3-8 (2015).
- Gore, A. P., et al. Tiger census: role of quantification. Curr. Sci. 64, 711-714 (1993).
- McDougal, C., Seidensticker, J., Christie, S., Jackson, P. You can tell some tigers by their footprints with confidence. Riding the tiger. , (1999).
- Sharma, S., Jhala, Y., Sawarkar, V. B. Gender discrimination of tigers by using their pugmarks. Wildl. Soc. Bull. 31 (1), 258-264 (2003).
- Sharma, S., Jhala, Y., Sawarkar, V. B. Identification of individual tigers (Panthera tigris) from their pugmarks. J. Zool. 267 (1), 9-18 (2005).
- Sharma, S., Wright, B. . Monitoring tigers in Ranthambore using the digital pugmark technique. , (2005).
- Riordan, P. Unsupervised recognition of individual tigers and snow leopards from their footprints. Anim. Conserv. 1 (4), 253-262 (1998).
- Law, P. R., Jewell, Z. C., Alibhai, S. K. Using shape and size to quantify variation in footprints for individual identification: case study with white rhino (Ceratotherium simum). Wildl. Soc. Bull. 37 (2), 4-33 (2013).
- Laity, K. M. . Field Validation of the Footprint Identification Technology on Free-roaming Cheetahs in Namibia. , (2015).
- Jewell, Z. Effect of monitoring technique on quality of conservation science. Conserv. Biol. 27 (3), 501-508 (2013).
- Stander, P. E., Ghau, I., Tsisaba, D., Oma, I., Vi, I. Tracking and the interpretation of spoor: a scientifically sound method in ecology. J. Zool. 242 (2), 329-341 (1997).
- Liebenberg, L., Blake, E., Steventon, L., Benadie, K., Minye, J. Integrating traditional knowledge with computer science for the conservation of biodiversity. , 26-30 (1998).
- Balmford, A., et al. Walk on the Wild Side: Estimating the Global Magnitude of Visits to 649 Protected Areas. PLoS Biol. 13 (2), e1002074 (2015).
