Энергозатраты животных стали видимыми с помощью видео

Энергетический дефицит — ключевой фактор, определяющий поведение и эволюцию животных. Однако, несмотря на центральную роль в биологии, измерение энергопотребления остаётся сложной задачей.

Для многих животных основным потребителем энергии является движение. Для высокомобильных видов движение — мощный инструмент для оценки энергозатрат.

Существующие методы, такие как Dynamic Body Acceleration (DBA), основаны на измерении ускорения животного с помощью носимого акселерометра и корреляции с потреблением кислорода в лаборатории. Кислород — хороший индикатор, так как участвует в аэробном дыхании для производства ATP — «топлива» для организма.

Однако этот метод имеет серьёзное ограничение: для точных измерений оборудование должно весить как минимум в 10 раз меньше животного. Поскольку акселерометр с батареей весит 10–20 граммов, это исключает изучение видов легче 100 граммов — около половины всех позвоночных. Оборудование также может влиять на движение, особенно при плавании или полёте.

Исследователи из Marine Biophysics Unit в OIST и Еврейского университета в Иерусалиме предложили инновационное решение, описанное в Journal of Experimental Biology.

Метод: вместо физического акселерометра используются две камеры, снимающие поведение (например, плавание рыбки-демазеля) с разных ракурсов для 3D-реконструкции. Несколько кадров видео используются для обучения нейронной сети с глубоким обучением, которая отслеживает ключевые точки тела (глаза и др.). Это позволяет измерить ускорение, связанное с движением.

Значение: видеометод DBA снимает ограничение по размеру и массе. Теперь можно точно оценивать энергозатраты во время свободного поведения у более мелких видов. Это открывает новые возможности для исследований, например, энергетики коллективного поведения в стаях рыб: используют ли ведущие рыбы больше энергии? Является ли стайное движение энергоэффективным?