Theo dõi di cư ở động vật

Theo dõi di cư ở động vật được sử dụng trong , sinh học bảo tồn, sinh thái học và  để nghiên cứu hành vi của động vật trong môi trường tự nhiên. Một trong những kỹ thuật sớm nhất là đeo vòng đánh dấu cho chim, tức gắn các thẻ nhận dạng thụ động lên chân chim để có thể nhận diện chúng trong những lần bắt lại và thả đi sau này. Theo dõi bằng vô tuyến là việc gắn một máy phát vô tuyến nhỏ lên cơ thể động vật rồi lần theo tín hiệu bằng một  (RDF). Các kỹ thuật hiện đại tinh vi hơn sử dụng vệ tinh để theo dõi những con vật đã được gắn thẻ, cùng với các thẻ GPS có khả năng lưu lại lịch sử vị trí của chúng. Với sự xuất hiện của Internet Vạn Vật (IoT), hiện nay đã có thể chế tạo các thiết bị chuyên biệt phù hợp với từng loài hoặc từng mục tiêu theo dõi cụ thể.

Một trong nhiều mục tiêu của nghiên cứu về sự di cư của động vật là xác định chúng đang đi đến đâu; tuy nhiên, các nhà nghiên cứu cũng muốn biết vì sao chúng lại đi đến những địa điểm đó. Họ không chỉ quan sát quá trình di cư của động vật, mà còn nghiên cứu những gì diễn ra trong quá trình đó, nhằm xác định liệu một loài có đang di chuyển đến những khu vực mới do mật độ thức ăn, sự thay đổi nhiệt độ nước hay một tác nhân kích thích khác hay không, cũng như xem xét khả năng thích nghi của loài đó trước những biến đổi ấy. Theo dõi di cư là một công cụ thiết yếu trong nỗ lực kiểm soát tác động của nền văn minh nhân loại đối với các quần thể động vật hoang dã, đồng thời ngăn chặn hoặc giảm thiểu quá trình tuyệt chủng đang tiếp diễn của các loài nguy cấp.

Công nghệ 
Đây là một trong những tổ chức có chương trình gắn thẻ nhận dạng cho loài bướm này. Các nhãn nhựa được dán lên cánh côn trùng kèm thông tin nhận dạng. Dữ liệu thu thập được dùng để nghiên cứu các mô hình di cư của bướm vua, bao gồm khoảng cách và hướng bay.|thumb]]

Vào mùa thu năm 1803, nhà tự nhiên học người Mỹ John James Audubon đã tự hỏi liệu những loài chim di cư có quay trở lại cùng một địa điểm mỗi năm hay không. Để kiểm chứng, ông buộc một sợi dây vào chân một con chim trước khi nó bay về phương Nam. Mùa xuân năm sau, ông quan sát thấy chính con chim đó đã quay trở lại.

Ngày nay, các nhà khoa học vẫn gắn thẻ – chẳng hạn như vòng kim loại – để theo dõi sự di chuyển của động vật. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi phải bắt lại con vật thì mới thu thập được dữ liệu, vì vậy thông tin thường chỉ giới hạn ở điểm thả và điểm tái bắt.

Các công nghệ hiện đại đã giúp khắc phục hạn chế này. Một số thẻ điện tử phát ra tín hiệu lặp lại, có thể được thu bởi thiết bị vô tuyến hoặc vệ tinh, cũng có loại có thể lưu trữ dữ liệu. Nhờ đó, các nhà khoa học có thể theo dõi vị trí và chuyển động của động vật mà không cần bắt lại chúng, thông qua công nghệ RFID hoặc vệ tinh. Những thiết bị này cung cấp lượng dữ liệu rất lớn, đồng thời ngày càng nhỏ gọn hơn, giúp giảm thiểu tác động tiêu cực lên động vật.

Những tiến bộ gần đây trong công nghệ theo dõi còn giúp cải thiện khả năng giám sát sự di cư mà không cần bắt lại động vật. Công ty  của Úc đã phát triển một hệ thống đo từ xa bằng thiết bị bay không người lái để theo dõi các loài nhỏ và di chuyển nhanh, như loài vẹt Swift (Lathamus discolor) – một trong những loài chim có nguy cơ tuyệt chủng cao tại Úc. Trước đây, việc theo dõi các loài này phải sử dụng thẻ vô tuyến tần số rất cao (VHF) kết hợp với thiết bị thu cầm tay, vừa tốn công vừa bị hạn chế về phạm vi. Hệ thống mới giúp các nhà nghiên cứu thu thập dữ liệu từ nhiều cá thể trên khoảng cách lớn, từ đó nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong việc giám sát động vật hoang dã.

Theo dõi bằng vô tuyến 

Việc theo dõi động vật bằng kỹ thuật đo từ xa bằng vô tuyến (radio telemetry) sử dụng hai thiết bị chính. Nói chung,  có thể hiểu là việc gắn một bộ phát lên cơ thể động vật; thiết bị này phát tín hiệu dưới dạng sóng vô tuyến, tương tự như một đài phát thanh. Nhà khoa học có thể gắn bộ phát vào cổ chân, cổ, ,  hoặc vây lưng của động vật. Ngoài ra, thiết bị cũng có thể được cấy vào bên trong cơ thể; ưu điểm của phương pháp này là bộ phát được bảo vệ tốt hơn khỏi các yếu tố môi trường và có thể hoạt động lâu dài hơn so với các thiết bị gắn bên ngoài.

Bộ phát thường sử dụng tần số trong dải VHF vì ăng-ten ở dải này có kích thước nhỏ, thuận tiện cho việc gắn lên động vật. Để tiết kiệm pin, thiết bị thường phát tín hiệu ngắt quãng, ví dụ một lần mỗi giây. Một thiết bị thu chuyên dụng gọi là  (RDF) sẽ tiếp nhận tín hiệu này. Bộ thu thường được đặt trên xe tải,  hoặc máy bay.

Thiết bị thu sử dụng một  (thường là ) để xác định hướng phát tín hiệu mạnh nhất, kèm theo công cụ đo cường độ tín hiệu, chẳng hạn như đồng hồ hiển thị hoặc âm thanh trong tai nghe. Nhà nghiên cứu sẽ xoay ăngten cho đến khi tín hiệu mạnh nhất, từ đó xác định hướng của con vật và di chuyển theo hướng đó để theo dõi.

Một dạng khác của theo dõi vô tuyến, đặc biệt hữu ích đối với chim nhỏ di cư, là sử dụng  (geolocator hoặc “geologger”). Thiết bị này sử dụng cảm biến ánh sáng để ghi lại  theo chu kỳ, từ đó suy ra vị trí dựa trên độ dài ban ngày và thời điểm giữa trưa theo mặt trời. Mặc dù phương pháp này có cả ưu điểm và hạn chế, đây vẫn là một trong số ít cách khả thi để theo dõi các loài chim nhỏ trên quãng đường dài.

Một phương pháp khác là sử dụng bộ tiếp sóng tích hợp thụ động (PIT). Phương pháp này sử dụng thẻ điện tử cho phép thu thập dữ liệu di chuyển của động vật mà không cần bắt lại chúng. Dữ liệu được ghi nhận thông qua các ăngten điện tử, lưu lại thời gian và vị trí của cá thể. Phương pháp này được coi là nhân đạo vì giảm thiểu tiếp xúc trực tiếp với động vật và có chi phí hiệu quả, do có thể tái sử dụng thẻ khi cần.

 là một chương trình do  vận hành. Được ra mắt vào năm 2014 tại Hoa Kỳ và Canada, đến năm 2022, hệ thống này đã có hơn 40.000 thiết bị phát gắn trên nhiều loài động vật (chủ yếu là chim), cùng khoảng 1.500 trạm thu đặt tại 34 quốc gia, trong đó phần lớn tập trung ở Hoa Kỳ và Canada.

Theo dõi bằng vệ tinh 

Các thiết bị thu có thể được đặt trên các vệ tinh quay quanh Trái Đất, chẳng hạn như hệ thống ARGOS. Các mạng lưới vệ tinh (gồm nhiều vệ tinh phối hợp) được sử dụng để theo dõi động vật. Mỗi vệ tinh trong mạng sẽ thu tín hiệu điện tử phát ra từ thiết bị gắn trên con vật. Bằng cách tổng hợp tín hiệu từ nhiều vệ tinh, các nhà khoa học có thể xác định chính xác vị trí của động vật. Đồng thời, các vệ tinh cũng theo dõi quỹ đạo di chuyển của chúng theo thời gian.

Theo dõi bằng vệ tinh đặc biệt hữu ích vì các nhà nghiên cứu không cần phải trực tiếp bám theo động vật, cũng không cần thu hồi thiết bị để lấy dữ liệu về hành trình của chúng. Công nghệ này đã được sử dụng để theo dõi sự di cư và phạm vi lãnh thổ của nhiều loài như tuần lộc Bắc Mỹ, rùa biển, cá voi, cá mập trắng lớn, hải cẩu và sư tử biển, voi, đại bàng đầu trắng, ó cá và kền kền. 

Ngoài ra, các "" cũng được sử dụng cho động vật biển có vú và nhiều loài cá. Hiện nay có hai hệ thống chính được sử dụng rộng rãi là ARGOS và GPS.

Nhờ các hệ thống này, các nhà bảo tồn có thể xác định những khu vực quan trọng đối với các loài di cư. Một dạng theo dõi vệ tinh khác là sử dụng , trong đó các thẻ điện tử phát ra tín hiệu âm thanh để nhà nghiên cứu theo dõi động vật trong không gian ba chiều. Phương pháp này đặc biệt hữu ích khi cần theo dõi đồng thời số lượng lớn cá thể.

Theo dõi bằng IoT 
Internet Vạn Vật (IoT) được xem là một nguồn tiềm năng cho tương lai của việc theo dõi và nghiên cứu động vật hoang dã. Công nghệ này có thể bao gồm các mạng cảm biến  tiêu thụ điện năng thấp được gắn lên động vật bằng các chất kết dính an toàn, cho đến các hệ thống camera kết nối Internet sử dụng học máy để xác định hình ảnh nào là quan trọng và phân loại chúng.

Với các mạng LPWA, khả năng ứng dụng gần như không giới hạn. Điều cần thiết là phát triển các cảm biến phù hợp để gắn lên từng loài động vật. Nhờ mức tiêu thụ năng lượng thấp, việc thay pin cho thiết bị cũng ít trở thành vấn đề hơn.

Một ví dụ tiêu biểu là chương trình “Where’s The Bear” do Khoa Khoa học Máy tính của Đại học California, Santa Barbara phát triển. Hệ thống này sử dụng camera làm cảm biến và áp dụng học máy để phân loại hình ảnh, loại bỏ những ảnh trống do gió hoặc mưa kích hoạt, và chỉ giữ lại các ảnh có động vật. Đồng thời, hệ thống còn phân loại các loài xuất hiện trong ảnh.

Để tăng tốc quá trình huấn luyện thuật toán, nhóm nghiên cứu đã sử dụng các hình ảnh đã qua chỉnh sửa, trong đó động vật được chèn vào khung hình của camera để giúp hệ thống học cách nhận diện. Phương pháp này giúp công nghệ đạt độ chính xác cao hơn, giảm số lượng kết quả dương tính giả và âm tính giả. Nhờ đó, khả năng phân loại hình ảnh động vật được cải thiện đáng kể, mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi cho cả mục đích thương mại lẫn nghiên cứu.

Đồng vị bền 

Đồng vị bền là một trong những dấu hiệu nội tại được sử dụng để nghiên cứu sự di cư của động vật. Ưu điểm của các dấu hiệu nội tại nói chung, bao gồm cả phân tích đồng vị bền, là không cần phải bắt, gắn thẻ rồi bắt lại sinh vật ở thời điểm sau. Mỗi lần thu mẫu đều có thể cung cấp thông tin về nơi sinh vật đã từng sinh sống, dựa trên chế độ ăn của nó.

Ba loại dấu hiệu nội tại thường được sử dụng trong nghiên cứu di cư gồm: (1) các chất ô nhiễm, ký sinh trùng và mầm bệnh, (2) các nguyên tố vi lượng, và (3) đồng vị bền. Một số khu vực địa lý có tỷ lệ đồng vị bền đặc trưng, ảnh hưởng đến thành phần hóa học của các sinh vật đang kiếm ăn tại đó. Điều này tạo ra các “bản đồ đồng vị” (isoscapes), cho phép các nhà khoa học suy luận nơi sinh vật đã từng kiếm ăn.

Để áp dụng thành công phương pháp phân tích đồng vị bền, cần đáp ứng một số điều kiện: (1) động vật phải có ít nhất một đồng vị nhẹ cần tìm trong các mô có thể lấy mẫu (tiêu chí này hầu như luôn thỏa mãn vì các đồng vị này là thành phần cơ bản của mô sinh học), và (2) sinh vật phải di chuyển giữa các vùng có đặc điểm đồng vị khác nhau, đồng thời các đồng vị này phải được lưu giữ trong mô để có thể đo lường sự khác biệt.

Phân tích đồng vị bền có nhiều ưu điểm và đã được áp dụng cho cả sinh vật trên cạn và dưới nước. Ví dụ, phương pháp này đã được chứng minh là hiệu quả trong việc xác định khu vực kiếm ăn của rùa quản đồng đang làm tổ. Dữ liệu từ theo dõi vệ tinh đã được sử dụng để xác nhận rằng các vị trí suy ra từ phân tích là chính xác với hành trình thực tế của loài này. Điều này rất quan trọng vì nó cho phép mở rộng quy mô mẫu trong nghiên cứu di cư, trong khi theo dõi vệ tinh thường tốn kém. Ngoài ra, các mẫu mô, máu và trứng có thể được thu thập từ những con cái đang đẻ trứng.

Tầm quan trọng 
Các thẻ điện tử đang mang lại cho các nhà khoa học một bức tranh đầy đủ và chính xác về mẫu hình di cư. Ví dụ, khi các nhà nghiên cứu sử dụng thiết bị phát vô tuyến để theo dõi một đàn tuần lộc Bắc Mỹ, họ đã phát hiện ra hai điều quan trọng. Thứ nhất, đàn tuần lộc này di chuyển xa hơn nhiều so với những gì người ta từng nghĩ trước đây. Thứ hai, mỗi năm chúng quay trở lại gần như cùng một địa điểm để sinh con. Những thông tin như vậy rất khó thậm chí không thể thu được bằng các phương pháp theo dõi công nghệ thấp.

Việc theo dõi sự di cư là một công cụ quan trọng để hiểu rõ hơn và bảo vệ các loài. Chẳng hạn, lợn biển Tây Ấn Độ là một loài đang bị đe dọa tuyệt chủng, vì vậy chúng cần được bảo vệ. Dữ liệu theo dõi vô tuyến cho thấy loài này có thể di chuyển xa tới tận Rhode Island trong quá trình di cư. Phát hiện này cho thấy chúng cần được bảo vệ dọc theo phần lớn bờ biển Đại Tây Dương của Hoa Kỳ, thay vì chỉ tập trung ở Florida như trước đây.

Sau sự kiện tràn dầu BP, các nỗ lực theo dõi động vật tại khu vực Vịnh México đã gia tăng đáng kể. Phần lớn các nhà nghiên cứu sử dụng thẻ điện tử chỉ có một vài lựa chọn, như thẻ vệ tinh pop-up, thẻ lưu trữ dữ liệu hoặc thẻ vệ tinh. Trước đây, những thiết bị này thường rất đắt đỏ, có thể lên tới hàng nghìn đô la cho mỗi thẻ. Tuy nhiên, với những tiến bộ công nghệ gần đây, chi phí đã giảm xuống, cho phép gắn thẻ cho nhiều cá thể và nhiều loài hơn.

Khi số lượng động vật được gắn thẻ tăng lên, điều quan trọng là phải theo dõi và đánh giá những tác động tiêu cực tiềm tàng mà các thiết bị này có thể gây ra đối với chúng.

Xem thêm 

 
 Đeo vòng cho chim
 Thẻ chứa dữ liệu

Tham khảo

Liên kết ngoài 
 "Satellite Tracking." Space Today.
 Tomkiewicz Jr, Stanley. "Tracking animal Wild life." telonics.
 Zanoni, Mary. "Animal ID." Klamath Basin.
 "John James Audubon." Audubon. National Audubon Society, Inc.
 "Satellite Tracking Migratory Birds." Western Ecological Research Center.
 "Satellite Tracking Threatened Manatees." Space Today.
 "Tracking Manatee Movement." Save The Manatee Club.
 "Manatee Migration Updates." Journey North. Learner.
 Radio interview Robert and Kirk Miner remember their grandfather, Jack Miner, and talk about the Jack Miner Migratory Bird Sanctuary. Originally aired February 1, 2008.
 Argos System

Động vật học
Động vật di trú
Định vị địa lý