Учёные применили теорию хаоса для анализа поведения нарвалов

Исследователи использовали математические уравнения теории хаоса для анализа долгосрочных данных электронного датчика, закреплённого на нарвале. Им удалось выявить ранее не обнаруженные суточные паттерны в том, что изначально казалось нерегулярным нырянием и отдыхом на поверхности. Анализ охватил записи за 83 дня.

"Хотя датчики, устанавливаемые на животных, продолжают совершенствоваться и собирать всё больше данных, существует недостаток адекватных методов для анализа записей нерегулярного поведения", — отмечает геофизик из Университета Хоккайдо Евгений А. Подольский, ведущий автор исследования, опубликованного в журнале PLOS Computational Biology.

Подольский разработал процедуру поиска поведенческих паттернов в кажущейся неразрешимой сложности совместно с Мадсом Питером Хейде-Йёргенсеном из Гренландского института природных ресурсов.

Нарвалы (Monodon monoceros) — относительно небольшие киты, обитающие в арктических морях, знаменитые своим длинным бивнем и называемые "морскими единорогами". Они являются одним из наиболее уязвимых видов Арктики из-за изменения климата, деятельности человека и хищничества таких инвазивных видов, как косатки. Нарвалы известны своими погружениями на экстремальные глубины более 1800 метров. Их жизненный цикл тесно связан с морским льдом, который быстро сокращается.

Подольский и Хейде-Йёргенсен объединили свой опыт в обработке сигналов и биологическом мечении, чтобы понять всё разнообразие поведения нарвала, помеченного спутниковым передатчиком. Математические методы, разработанные в рамках теории хаоса, могут интерпретировать сложное и кажущееся хаотичным поведение в динамических системах, выявляя состояния, называемые "аттракторами", к которым системы стремятся. По сути, этот подход идентифицирует значимые паттерны, которые иначе было бы трудно обнаружить.

Анализ поведения нарвала с электронным датчиком, вдохновлённый предыдущей работой Подольского по турбулентности, выявил суточный паттерн активности и то, как на него влияла смена сезонов — ранее нераспознанные особенности поведения нарвала. Животное отдыхало ближе к поверхности около полудня, но если в это время оно ныряло, то погружения были очень глубокими. В сумерках и ночью погружения становились более мелкими, но также более интенсивными, возможно, из-за охоты на кальмаров, для которых известны суточные вертикальные миграции. Также было обнаружено, что увеличение площади морского льда ограничивает поверхностную активность нарвала и коррелирует с более интенсивным нырянием.

"Наш подход относительно прост в реализации и может картировать и маркировать долгосрочные данные, выявляя различия в поведении отдельных животных и разных видов, а также обнаруживая нарушения в поведении, вызванные изменяющимися влияниями", — предполагают авторы.

Исследователи ожидают, что их новый метод может быть особенно полезен для оценки проблем, с которыми сталкиваются нарвалы и другие арктические животные из-за изменения климата и потери морского льда. Такая информация может оказаться жизненно важной для принятия политики по защите исчезающих видов перед лицом естественных изменений и усиления деятельности человека.