Een nieuw model ontwikkeld door MSU-onderzoekers haalt meer informatie dan ooit uit cameravallen en andere goedkope gegevensbronnen om ecologiestudies en instandhoudingsinspanningen te helpen informeren

Ecologen van de Michigan State University hebben een wiskundig raamwerk ontwikkeld dat kan helpen de biodiversiteit te bewaken en te behouden zonder de bank te breken.

Dit raamwerk of model neemt goedkope gegevens over relatief veel voorkomende soorten in een gemeenschap en gebruikt deze om waardevolle inzichten te genereren over hun moeilijker te vinden buren. Het tijdschrift Conservation Biology publiceerde het onderzoek als een Early View-artikel op 25 augustus.

"Een van de grootste uitdagingen bij het monitoren van de biodiversiteit is dat de soorten waar je het meest bezorgd over bent, meestal het laagst in overvloed zijn of dat ze de moeilijkste soorten zijn om te observeren tijdens het verzamelen van gegevens", zegt Matthew Farr, de hoofdauteur van het nieuwe rapport . "Dit model kan erg nuttig zijn voor die zeldzame en ongrijpbare soorten."

Farr, nu een postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Washington, hielp het model te ontwikkelen als doctoraalstudent in Elise Zipkin's Quantitative Ecology Lab in het College of Natural Science van MSU.

"Er zijn veel soorten in de wereld en veel van hen hebben onvoldoende gegevens", zegt Zipkin, universitair hoofddocent integratieve biologie en directeur van MSU's Ecology, Evolution and Behavior Program, of EEB. "We ontwikkelen benaderingen om sneller in te schatten wat er aan de hand is met de biodiversiteit, welke soorten in de problemen zitten en waar we ruimtelijk onze instandhoudingsinspanningen moeten concentreren."

Na validatie van het model met hulp van in het bos levende antilopen in Afrika, zeggen de onderzoekers dat het kan worden toegepast op een verscheidenheid aan andere dieren die aan bepaalde criteria voldoen.

"Het model werkt niet voor alle soorten soorten. Het is geen wondermiddel," zei Zipkin. "Maar als het werkt voor een gemeenschap, kunnen we veel meer te weten komen over lidsoorten zonder veel gegevens."

De 'magie' van het model

Voor het nieuwste model richtte het team van Zipkin zich op zogenaamde detectie-niet-detectiegegevens die bijhouden of een bepaald dier al dan niet wordt gedetecteerd in een bepaalde habitat, wat doorgaans alleen een schatting mogelijk maakt van het voorkomen van soorten of verspreidingspatronen.

"Het zijn in feite de goedkoopste gegevens en het gemakkelijkst te verzamelen", zei Zipkin. "Je gaat naar een plek, wacht af welke dieren er zijn en hoeft alleen maar vast te leggen welke soorten je ziet."

Onderzoekers verzamelen deze gegevens visueel persoonlijk of met goedkope, bewegingsdetecterende cameravallen die foto's maken wanneer ze worden geactiveerd door een dier. Onderzoekers analyseren vervolgens de foto's om detectie-niet-detectiegegevens in de loop van de tijd vast te leggen.

Er zijn wel afwegingen. Hoewel relatief goedkoop en gemakkelijk te verzamelen, bieden detectie-niet-detectiegegevens niet zoveel informatie als onderzoekers en natuurbeschermers willen. Historisch gezien vereiste dat intensieve observatiebenaderingen, zoals het merken en volgen van dieren.

"Door intensieve tracking kunnen we allerlei dingen over dieren en hun gemeenschappen berekenen, maar die gegevens zijn duur en moeilijk te verkrijgen," zei Zipkin. "Voor bepaalde soorten is het onmogelijk."

Het MSU-team realiseerde zich dat ze voor de juiste dieren kennis van diergedrag en statistieken konden gebruiken om de informatiekloof te dichten door meer inzicht te krijgen in detectie-niet-detectiegegevens.

"Voor sommige soorten zijn dit de beste gegevens die je kunt krijgen," zei Farr. "Nu kunnen we er meer uit halen. Ons model maakt het mogelijk om overvloedtrends, reproductiesnelheden en overlevingskansen van soorten te schatten - allemaal met alleen detectie-niet-detectiegegevens."

Dat klinkt misschien als magie - sommige collega's van Zipkin hebben het zelfs gezegd - maar er is niets bovennatuurlijks aan het model. Zoals veel van de wetenschap is het het resultaat van hard werken, samenwerking en voortbouwen op eerdere inspanningen in het veld.

Het verhaal van het nieuwe model vindt zijn oorsprong in 2003 bij de onderzoekers J. Andrew Royle en James D. Nichols. Het duo bedacht een wiskundig verband tussen de overvloed van een soort en de kans om deze te detecteren.

Royle was destijds onderzoeker bij de U.S. Fish and Wildlife Service en Nichols bij de U.S. Geological Survey. Beiden zijn MSU-alumni:Royle behaalde zijn bachelordiploma in 1990 en Nichols promoveerde in 1976.

"Het is interessant", zegt Farr, wiens huidige adviseur, Sarah Converse, ook afstudeerde met een bachelordiploma van Michigan State voordat hij universitair hoofddocent werd aan de Universiteit van Washington. "Waar je ook gaat op dit gebied, mensen hebben een connectie met de staat Michigan."

Na de publicatie van het Royle-Nichols-model trad Royle toe tot de USGS, waar hij met Zipkin zou werken voordat ze in 2014 bij MSU kwam. soorten die de gestreepte uil als case study gebruiken.

Farr werkte in het laboratorium van Zipkin met steun van de National Science Foundation en zette de volgende stap door de populatiedynamiek van verschillende soorten binnen dezelfde gemeenschappen te koppelen.

"Het model laat informatie van meer algemene soorten informeren wat er gebeurt met de zeldzame en ongrijpbare soorten," zei Farr. "Het model vertrouwt op de overeenkomsten tussen soorten, maar laat nog steeds variaties toe."

Om het model te ontwikkelen, moest het team enkele aannames doen, zoals dat de doelsoorten territoriaal waren en niet veel reisden. De onderzoekers moesten vervolgens echte soorten vinden die aan die veronderstellingen voldoen om hun model te valideren.

"We wisten dat het voor bepaalde soorten gemeenschappen zou werken, maar bestonden die gemeenschappen in het echte leven?" zei Zipkin.

"Dat is een van de grootste uitdagingen bij de ontwikkeling van modellen," zei Farr. "Je ontwikkelt het model in een vacuüm met simulaties die onder perfecte omstandigheden draaien. Je moet laten zien wat het kan doen in een echte situatie."

"Toen stak Tim O'Brien zijn hand uit en zei:'Ik heb je dieren'", zei Zipkin.

De duikergegevens

Timothy O'Brien is een gepensioneerde ecoloog in Kenia die werkte voor de Wildlife Conservation Society, een niet-gouvernementele organisatie of NGO, en een expert in cameravallen. Als onderdeel van wat bekend staat als het Tropical Ecology Assessment and Monitoring-programma, of TEAM, heeft hij geholpen bij het standaardiseren van de manier waarop cameravallen worden gebruikt om hun gegevens zo krachtig mogelijk te maken.

Hij was bekend met Zipkins werk uit 2016 en ontdekte dat ze het model aan het uitbreiden was met meerdere soorten gedurende meerdere seizoenen. Hij vermoedde dat antilopen die in het bos leven, met name de duiker, de perfecte testcase zouden zijn.

Niet alleen kwam het duikergedrag overeen met de aannames van het model, maar O'Brien hielp de dieren al jaren met cameravallen in de gaten te houden. Duikers presenteerde een interessante en belangrijke conserveringscase.

"De duiker die in regenwouden leeft, is het meest gewilde bushmeat in Afrika," zei O'Brien. "Als de duikerpopulaties afnemen, komt dat meestal door mensen die op bushmeat jagen."

Bushmeat is vlees van alle wilde dieren en is een belangrijke bron van voedsel en inkomen voor veel gemeenschappen. Maar de jacht is losjes gereguleerd en wordt financieel gestimuleerd door markten die bushmeat verkopen. De combinatie kan verwoestend zijn voor duikerpopulaties.

Met het model van MSU en de duikergegevens van TEAM beoordeelde het team de populatiedynamiek van in totaal 12 antilopensoorten - sommige meer voorkomend dan andere - in zes nationale parken in Afrika, waar duikers worden beschermd. De gegevens bestreken perioden van vier tot elf jaar.

"We hebben niet het niveau van bevolkingsafname bij duiker gezien dat je verwacht te zien wanneer jagen een probleem is," zei O'Brien. "Ik zou zeggen dat de parken hun functie vervullen wat duiker betreft."

Over het algemeen waren de duikerpopulaties grotendeels stabiel, maar de onderzoekers ontdekten populatieafname in ongeveer 20% van de combinaties van soorten en parken die ze onderzochten. Nogmaals, de dalingen waren niet zo substantieel om te suggereren dat de duiker werd overbejaagd in de parken, maar de onderzoekers willen toch begrijpen wat er in die gevallen gebeurt.

"We ontdekten dat de veranderingen die de veranderingen veroorzaakten meer de verschillen tussen de parken waren dan tussen de soorten," zei Zipkin. "We hebben de exacte oorzaken nog niet vastgesteld, maar onze resultaten kunnen ons daarbij helpen."

"Matt en Elise hebben dit model naar een heel nieuw vliegtuig gebracht", zei O'Brien. "Ik heb echt genoten van de samenwerking."

Charles Yackulic, een onderzoeksstatisticus bij de USGS, leverde ook een bijdrage aan het project, dat werd ondersteund door NSF, WCS, Conservation International, het Smithsonian Institution en de Gordon and Betty Moore Foundation.

"Dit project is een geweldig voorbeeld van een samenwerking tussen universiteit, overheid en ngo's", zei Zipkin. + Verder verkennen

Nieuwe tool om achteruitgang van soorten te detecteren kan de biodiversiteit helpen beschermen