Солнечные трекеры позволили учёным следить за мелкими животными

Долгое время отслеживание диких птиц было низкотехнологичным. В то время как для крупных млекопитающих стали стандартом радиоошейники и спутниковые метки, для большинства мелких птиц критически важными оставались бинокль и блокнот.

Проблема была в весе батареи. Для передачи сигнала, раскрывающего местоположение, передатчикам нужна энергия. Но для птиц, весящих не больше нескольких монет, даже батарейка для часов может быть неподъёмной. Добавьте необходимость повторного отлова каждые несколько дней для замены батарей, и автоматическое отслеживание животных превращается в логистический кошмар.

Теперь новые лёгкие трекер-метки делают отслеживание мелких животных возможным. В ходе полевых испытаний в заповеднике Hastings Natural History Reservation они дали учёным совершенно новый взгляд на дятлов-желудёв (Melanerpes formicivorus), за которыми наблюдали десятилетиями. Оказалось, птицы гораздо хитрее и стратегичнее, чем считалось.

«Можно подумать, что после почти 50 лет исследований мы знаем о желудёвых дятлах всё. Но эта технология помогает нам ответить на вопросы, на которые раньше не было ответа», — говорит Эрик Уолтерс, профессор биологии из Университета Олд Доминион (Вирджиния).

Необычная семейная жизнь дятлов

Семейная структура этих птиц с красными шапочками — одна из самых странных в птичьем мире. Несколько родственных птиц одного пола (часто сёстры), как правило, образуют пару с неродственной группой из нескольких родственных птиц противоположного пола (часто братьев).

Ещё одна загадка — жизненный выбор молодых дятлов. В то время как большинство птенцов покидают гнездо, чтобы основать свои семьи, молодые дятлы-«помощники» могут оставаться дома до десяти лет.

«Вопрос был: почему? Должна быть какая-то польза от пребывания дома», — говорит Уолтерс. — «Помогают ли они кормить братьев и сестёр и запасать жёлуди? Или они как подростки в подвале, которые целый день смотрят телевизор и ничего не делают?»

Игра престолов: версия дятлов

Уолтерс предположил, что ответ кроется в жажде территории у молодых дятлов. Как и вымышленные дворяне в «Игре престолов», птицы сделают всё, чтобы завоевать своё королевство. Их цель — завладеть хорошим «амбарным» деревом, в котором хранится запас жёлудей, критически важный для выживания семьи.

Массивное амбарное дерево даёт семье дятлов множество преимуществ. У них больше шансов пережить суровые зимы, вырастить птенцов и обеспечить триумф своей родословной.

Хорошие амбары — большая редкость. На его создание уходит много времени — на выдолбление отверстия для одного жёлудя может уйти десять минут, а крупные амбары могут вмещать десятки тысяч жёлудей. Конкуренция за самые большие амбары и прилегающую территорию ожесточённая.

Войны банд

Амбар освобождается только после того, как все производители одного пола в семейной группе умирают или уходят. Когда появляется вакансия, птицы из других семей сражаются за престол.

Успешные бойцы приходят не в одиночку. Вместо этого группы братьев и сестёр с других территорий вступают в схватку.

«Это похоже на войну банд», — говорит аспирантка Наташа Хагемейер, которая вместе с Уолтерсом изучает расселение дятлов в Хейстингсе.

Стычки могут длиться днями: противники преследуют друг друга по деревьям, сражаются в воздухе, падают на землю и бьют друг друга мощными клювами.

Серьёзные травмы — не редкость. «У одного вырвали коготь, и он сильно истекал кровью. У другого вырвали несколько перьев на крыле; он исчез в течение недели», — говорит Хагемейер. Но потенциальная добыча — шанс на размножение — стоит любых затрат.

Ожидание в кулисах

Когда редкая вакансия всё же открывается, претенденты готовы. «Когда мы ловили размножающуюся птицу для кольцевания, другие птицы, решившие, что она исчезла, переселялись и начинали борьбу за эту территорию в течение десяти минут», — говорит Уолтерс.

Как соседние птицы это понимали, оставалось загадкой. «Мы почти никогда не видим их за пределами своей территории», — говорит Хагемейер.

Предыдущие исследования с радиопередатчиками показали, что молодые птицы действительно совершают более длительные вылазки за пределы владений своей семьи. «Но когда вы отслеживаете с помощью ручных антенн пешком, вы можете следить только за одной птицей за раз. Чтобы следить за группой братьев и сестёр, вам нужен один человек на одну птицу. Это быстро становится невыполнимым. А если животное хочет быть скрытным, например, проникнуть на вражескую территорию, вы можете спугнуть его, сделав отслеживание практически невозможным», — говорит она.

Тестирование меток

Солнечные трекер-метки, не требующие мониторинга в реальном времени, идеально подошли для решения проблемы. Размером с почтовую марку, они состоят из кремниевого чипа, солнечной панели и антенны. Метки крепятся к дятлам с помощью «рюкзачной» упряжи.

Каждая метка весит полграмма — как одна конфета Tic Tac. Это мало для 70-граммового желудёвого дятла и может работать даже для более хрупких птиц, таких как ласточки и пеночки.

Сигналы меток улавливаются антенной, подключённой к мини-компьютеру. Уолтерс и Хагемейер разместили эти базовые станции рядом с дятловыми амбарами.

Когда помеченная птица оказывается в пределах 130 метров от базовой станции, её компьютер записывает идентификатор птицы и время прибытия. Хагемейер загружает данные с компьютеров каждые несколько недель.

Новые полевые данные быстро превратились в поток, говорит она. «За первые пять месяцев мы получили более 5 миллионов регистраций меток. Компьютерное программирование теперь составляет большую часть моей работы».

Используя эти точки данных, Хагемейер может строить сетевые диаграммы, показывающие, какие птицы взаимодействуют друг с другом. Получающаяся картина показывает птиц с невероятно сложной социальной жизнью, которая включает визиты к родственникам, вылазки с братьями и сёстрами и объединение семьи для захвата более богатых владений.

Усовершенствование конструкции

Исходная система была разработана командой инженеров и биологов под руководством профессора Дэвида Винклера из Корнеллского университета, который провёл первые полевые испытания на древесных ласточках.

За последние несколько лет команда из Хейстингса внесла ряд улучшений в систему. Некоторые из них были вдохновлены самими дятлами. «Мы быстро поняли, что их длинные мощные клювы могут отрывать антенны от исходной конструкции. Мы перепробовали несколько дизайнов, которые дятлы уничтожали», — говорит Хагемейер.

Нынешняя версия значительно прочнее. Некоторые метки всё ещё работают после трёх полных лет на птице.

Базовые станции также стали экологичнее благодаря директору заповедника Хейстингс Винсу Воегели. «Старые системы требовали восьми высококачественных батареек AA каждые пару недель. Мы выбрасывали вёдра батарей», — говорит Воегели. Он разработал способ питания компьютера базовой станции от солнечной панели, подключённой к перезаряжаемой батарее.

Жизнь на ферме и годы управления полевой станцией на удалённом острове на Багамах дали Воегели необходимый вкус к изобретательству. «Когда живёшь в глуши, нельзя сбегать в строительный магазин, поэтому учишься всё делать сам», — говорит он. В будущем он надеется применить эти новые навыки работы с солнечной энергией, чтобы отключить большую часть Хейстингса от общей энергосети.

Актив заповедника

Система меток сработала так хорошо, что 48 базовых станций теперь развернуты по всему заповеднику, каждая покрывая территорию одной семьи дятлов.

Система может стать подспорьем и для других учёных. Профессор Дженис Дикинсон из Корнеллской лаборатории орнитологии уже хочет использовать метки для западных синих птиц, которых она давно изучает в заповеднике.

Шпионаж в мире дятлов

Данные солнечных меток стали откровением для исследователей. Они не только показали, как часто птицы совершают вылазки и куда путешествуют, но и раскрыли явно хитрую сторону поведения дятлов.

Вместо того чтобы присматривать за братьями и сёстрами и охранять амбар, многие помощники проводили до 90% времени за пределами своей территории. «Они не просто хотят проводить время с мамой и папой, но на самом деле много времени проводят, исследуя ландшафт в поисках вакансий», — говорит Уолтерс.

У Хагемейер для них другое определение. «Они — стадо любопытных», — говорит она. — «Они гораздо более связаны и проводят гораздо больше времени в путешествиях и слежке друг за другом, чем мы могли подумать. Мы понятия не имели, пока не появились эти метки».

Цель этих вылазок явно — шпионаж, говорит Хагемейер. «Мы много наблюдаем за группами и лишь изредка замечаем птиц с других территорий. Они не сидят на высоких насестах, не ловят насекомых и не подходят к амбару. Кажется, они прячутся на периферии в густой растительности».

Социальные сети Хейстингса

Эта новая информация показывает, насколько стратегически молодые дятлы распоряжаются своим временем. Они знают, что должны следовать одним из двух путей к успеху в размножении. «Либо ты помогаешь дома и надеешься унаследовать, либо спишь дома, но всё время ищешь место, которое можно захватить», — говорит Хагемейер.

Птицы также посещают не все территории одинаково. Они остро чувствуют уровень «богатства» в жёлудях. «И помощники, и производители направляют свои вылазки на высококачественные территории с самыми большими амбарами. Те, кто с территорий низкого и среднего качества, ходят и с тоской смотрят на высококачественные территории», — говорит она. Птицы также, кажется, наносят дружеские визиты на территории родственников.

«Она раскрывает социальные сети дятлов с помощью данных с этих меток», — говорит Уолтерс.

Будущее солнечных меток

Уолтерс и Хагемейер планируют в течение следующих нескольких лет оснастить метками всех 250 дятлов, обитающих в Хейстингсе, чтобы дополнить данные от 30 птиц, за которыми они следят сейчас. Они уже кольцуют всех птенцов дятлов в заповеднике; добавление метки занимает всего несколько дополнительных минут.

Метки могут передавать гораздо больше информации, чем просто идентификатор носителя. Например, они могут отслеживать уровень кислорода в крови и частоту сердечных сокращений (что коррелирует с активностью), а также угол наклона тела птицы (что указывает на полёт или посадку).

Ещё более смелые возможности открываются для исследований дальних миграций. Одна из идей — использовать крупных животных, таких как индюковые грифы или олени, в качестве мобильных станций обнаружения. По мере перемещения грифа или оленя по ландшафту он может улавливать сигналы от помеченных животных поблизости.

Тем временем Хагемейер извлекает из больших данных, полученных с помощью новых меток, все возможные сведения о дятлах. «Мы очень рады, что у нас есть эта система. Она даёт нам богатую информацию, которую просто невозможно получить никаким другим способом».