Tek.no

Artikkel

Derfor elsker naturforskerne teknologi

Kameraer, GPS-enheter og RFID-brikker hjelper naturforskerne med å forstå verden.

Flechas Cardinales, Shutterstock
3 Juni 2015 07:30
annonse

Teknologien har utviklet seg vanvittig fort fra de første elektromekaniske datamaskinene på 1930-tallet via radiorør og til dagens mikroprosessor som lar en mobiltelefon gjøre langt mer avanserte operasjoner enn en gigantisk datamaskin kunne for bare noen tiår siden. Et annet fagfelt som har skutt fart er biologien, hvor vi stadig lærer mer om alt fra hvordan genene fungerer til hvordan atferden til dyr har utviklet seg.

Begge fagfeltene er komplekse, men mens vi har god forståelse for hvordan teknologien fungerer er det veldig mye vi ikke har peiling på innenfor biologien.

De to nevnte fagområdene er åpenbart veldig forskjellige, men går samtidig hånd i hånd. Teknologien har gjort det mulig å innhente store mengder data som ikke ville vært mulig eller i beste fall vanskelig å få tak i uten. I denne artikkelen skal vi se på noen finurlige løsninger som i dag brukes til å skaffe datamateriale som er viktige puslespillbrikker for å forstå naturen.

Her skal vi se litt på teknologiens bidrag til fagfeltet zoologi, altså læren om dyr. Zoologi kan også omfatte elementer av andre fagområder som for eksempel adferdsøkologi og genetikk. Som i biologi generelt, er det ofte vanskelig å finne endelige svar. Hvordan har dyret evolvert? Hvorfor handler det som det gjør? Teknologien kan ikke servere oss svaret på et sølvfat, men har definitivt økt forståelsen vår drastisk.

Les også om verdenshavenes malstrømmer av plastsøppel (Ekstra) »

Kameraet fanger opp naturlig adferd

Denne havørnungen blir videoovervåket. Foto: Martin Andreassen

En jeger kan enkelt sette opp et prisgunstig viltkamera for å finne ut hvor det er lurt å jakte, men også i vitenskapen er kameraovervåkning mye brukt. Havørnen (Haliaeetus albicilla) på bildet til høyre er en omtrent ti dager gammel unge, og bildet ble tatt under montering av et kamera ved reiret i regi av professor Geir A. Sonerud ved Institutt for naturforvaltning (INA), Norges miljø- og biovitenskapelige universitet (NMBU). Systemet er billig og har en forbruksstrøm på omtrent 300 mA.

Her ser vi at en voksen havørn er på plass i reiret mens vi bytter minnekort 100 meter unna. Foto: Einar Eriksen

Mer

Det vi har brukt her er et enkelt analogt CCTV-kamera som fører videosignalet i overkant av 100 meter nedover lia gjennom en kombinert strøm- og koaksialkabel. I enden av kabelen sitter det et batteri med kapasitet på 80 Ah som forsyner både kameraet og en boks som håndterer de analoge signalene. Videosignalet blir lagret digitalt på et minnekort som må byttes omtrent en gang i uken samtidig som også batteriet byttes ut med et nyoppladet eksemplar. Den nevnte boksen har også innebygd programvarebasert bevegelsessensor, slik at et opptak starter når det kommer en voksen ørn inn i reiret for eksempel for å gi ungen mat. Systemet er nærmere beskrevet av Ronny Steen, senioringeniør ved INA, NMBU1.

Opptaksenheten er en enkel dings som koster noen hundrelapper på Ebay. Foto: Einar Eriksen

Mer

Hensikten med kameraovervåkningen i dette tilfellet er blant annet å undersøke dietten til havørnen, noe som tidligere har vært gjort gjennom å undersøke hvilke dyr restene i form av skinn og ben stammer fra. Det er ingen feilfri metode, ettersom mange rester av dyr ikke lar seg artsbestemme og antallet lett kan feilberegnes. Når man bruker videokamera kan man på en mer presis måte finne ut hva fuglen spiser. Samtidig vil man kunne se på for eksempel når på døgnet havørnen er aktiv, om det har noen sammenheng med værforhold eller flo og fjære og i tillegg vil man se for eksempel om det er hannfuglen eller hunnfuglen som mater ungen mest og hvem som kommer med ulike byttedyr.

Kamerateknologien har endret hundeoppdragelsen

Kamerateknologi brukes altså for å forske på atferd hos fugl, men også blant annet sosiale insekter og innen havforskning er kameraet svært nyttig. Uten kamerateknologi ville vi visst langt mindre om hvordan dyr oppfører seg når vi mennesker ikke er til stede.

annonse

Et godt eksempel er hvordan vi har hentet inn kunnskaper om adferd hos gråulv (Canis lupus) tidligere ved å se på ulv i fangenskap2. Det har i ettertid vist seg at den oppfører seg vesentlig annerledes i fangenskap enn i naturen3. I naturen kan ulver forlate flokken og utvandre, nye individer kan komme til og de kan i perioder holde større avstand fra hverandre. I fangenskap ble ulvene mer aggressive mot hverandre, inkludert nære familiemedlemmer seg imellom, enn det man har funnet hos vill ulv.

Før kamerateknologien var det bortimot umulig å hente god data for adferd hos ulv ute i naturen. Siden ulven svært menneskesky, kan man ikke enkelt og greit observere dem over tid i vill tilstand. Ved hjelp av kameraer som settes opp på strategiske områder hvor man forventer at ulven kommer til å befinne seg, får man et bilde av adferden som er upåvirket av gjerder og mennesker. Dette har blitt gjort i Yellowstone nasjonalpark i Nord-Amerika parallelt med GPS-sporing som viser hvor ulven beveger seg.

Det er interessant å finne ut av adferden til ulven i seg selv, men at vi nå har fått kunnskaper om en ganske annerledes ulveadferd i naturen har også ført til at vi har endret synet på hvordan hunder skal oppdras. Mange eldre hundebøker er nemlig basert på hvordan ulver interagerer i fangenskap. Kort fortalt har dominans blitt mindre viktig i hundeoppdragelse i det siste. Når hunden legger seg i sofaen er det en «gammeldags» oppfatning at hunden prøver å vise at han/hun er sjefen – hunden «prøver seg» og må jekkes ned. Nå mener man i stedet at hunden legger seg der enkelt og greit fordi den myke sofaen er en såkalt «positiv forsterkning». Sofaens mykhet er en belønning for hunden, og når hunden belønnes vil den gjenta handlingen som førte til belønningen. Dominans har tapt terreng i hundeholdet. Nå har vi riktignok også forstått at det er store forskjeller i adferd mellom ulv og hund, som et resultat av domestiseringen, men kameraovervåkning ulvene i Yellowstone har likevel vært en puslespillbrikke i vår forståelse av hundepsykologi og -adferd.

Les også om hvordan «Maxwells demon» og kvantemekanikken bak kan brukes til å forbedre fremtidens elektronikk (Ekstra) »

Forskere sporer pattedyr og fugler med GPS og lysloggere

I Yellowstone overvåkes gråulv (canis lupis) med både telemetri og kameraer. Foto: Public domain

Mer

Før i tiden ble det lagt ned mange arbeidstimer til å følge spor av dyr til forskning eller forvaltning. Nå har vi for eksempel prosjekter som Scandlynx hos Norsk institutt for naturforskning (NINA) som koordinerer all forskning på gaupe (Lynx lynx) inkludert spredningsmønster, og det brukes fremdeles sportegn som avføring i stor stil. Takket være ny teknologi og genforskning kan man enkelt analysere deoksyribonukleinsyren (DNA) i dyrenes avføring eller pelsrester for å finne ut nøyaktig hvilket individ som har vært på stedet. For flere av de store rovdyrene i Norge samles det inn avføring for DNA-testing.

annonse

Typiske spørsmål man prøver å finne svar på er hvorfor dyrene flytter på seg eller hvor langt de flytter på seg. Hjorten (cevus elaphus) trekker for eksempel oppover i fjellet utover våren fordi det nyutsprugne gresset er det mest næringsrike4, mens i flokker av en rekke ulike sosiale dyr utvandrer det ene kjønnet som en mekanisme for å unngå innavl5. Disse mekanismene får man en bedre forståelse av ved å følge individenes bevegelser på GPS, og det er åpenbart mer nøyaktig enn å merke individet og deretter vente på innrapporterte observasjoner fra andre steder – noe som gjerne ikke skjer før dyret er dødt. En GPS-mottaker med en form for sendeenhet henges på et bedøvet dyr, og vil deretter sende ut et signal med jevne mellomrom mens dyret oppfører seg naturlig. Noen GPS-halsbånd løsnes fra halsen automatisk når batteriet begynner å gå tomt, slik at man slipper å bedøve dyret for å ta av GPS-enheten.

Når en GPS-mottaker også sender vitenskapelig data videre over større avstander, kaller man det gjerne telemetri.

Denne krykkjen (Rissa tridactyla) er ringmerket på vanlig måte. Krykkje er en tallrik måkeart som har gått så sterkt tilbake etter 2005 at den nå er klassifisert som sterkt truet på Norsk rødliste for arter 2010, og derfor kan det være spesielt nyttig å undersøke denne artens bevegelser. Krykkjen sliter når den får på seg telemetriustyr, og lyslogger er som regel et bedre alternativ for sporing.Foto: CC BY-SA 3.0

Mer

Mange fugler trekker veldig langt mellom sesongene, og for å vite noe om jakttrykk, forurensning og andre faktorer som påvirker fuglenes overlevelse, må vi vite hvor fuglene trekker og hvor de raster på veien. Det er vanlig å sette faste ringer på føttene for å markere hvert individ, og siden de det generelt finnes mange fugleinteresserte i verden blir ringen avlest og rapportert inn av fugletittere. Likevel fører dette til bare noen få punktvise observasjoner de stedene hvor det er mennesker. En lyslogger er en smart metode for å få en bedre idé om hvor fuglene har vært. De måler hvor lenge det er lyst i døgnet og når på døgnet det er lysest, og basert på dette får man en ganske god data på hvor fuglene har vært. En slik lyslogger koster lite, veier bare 1-4 gram og kan vanligvis festes på foten på samme måte som ved ringmerking.

En enda mer nøyaktig trekkrute får man ved å bruke telemetri, der en GPS-sensor kalkulerer posisjonen som videre kommuniseres ut – ofte ved hjelp av satellitter. Det koster vesentlig mer og fuglenes adferd kan påvirkes, spesielt for små fugler som trekker langt6.

Les også om hvorfor enkelte eksperter er skeptiske til thorium som en tryggere og renere kjernekraft (Ekstra) »

RFID-merker viser insektenes bevegelser

Det som omtales som bidøden, eller Colony Collapse Disorder (CCD) på engelsk, herjer over hele verden, og har gjort at humler og bier har blitt spesielt mye forsket på de siste årene. Fenomenet fører til at hele bikuber kollapser sporadisk, noe som er et problem både for bestandene av ville humler og bier så vel som for birøktere – og i sin tur også for både bønder som produserer mat og plantesamfunnene i seg selv. Til og med i slottsparken i Oslo er det nå anlagt slåttemark i stedet for plen med hensyn til humler og bier.

Denne bien overvåkes ved hjelp av en RFID-brikke. Foto: CSIRO, Australias nasjonale forskningsorgan

Mer

Radiofrekvensidentifikasjonsbrikker (RFID-brikker) bruker veldig lite strøm og er bittesmå, noe som gjør dem velegnet til å overvåke litt større insekter som bier eller humler. Passive RFID-brikker trenger ingen strømforsyning7. Brikkene fungerer slik at de gir fra seg identiteten sin hver gang insektet flyr forbi en scanner. Scanneren kan være plassert i selve bikuben eller humlebolet eller i populære blomsterenger i nærheten.

Det har blitt stadig vanligere å lime slike brikker på bier. Når vi bruker RFID-brikker kan vi se hvor bier i ulike bikuber flyr, og på den måten undersøke om det er noen sammenheng mellom hvor biene furasjerer og om bikuben kollapser. Hvert forskningsprosjekt er en bit i puslespillet, og RFID-merking av bier kan redde menneskeliv. En tredel av matproduksjonen i verden er nemlig avhengige av pollinerende insekter.

Bare skraping av overflaten

Det sier seg kanskje selv at datamaskinens evne til å håndtere og systematisere informasjon også har vært ubeskrivelig viktig i forskningen de siste tiårene, sammen med at internett har åpnet mange dører. Statistikkprogrammer gjør det lett å finne ut om det er signifikante sammenhenger mellom ulike variabler, og nye programvarebaserte verktøy utvikles stadig. Kartprogrammer gjør at GPS-posisjonene plottes nøyaktig på et kart og kan sammenstilles med forskjellige karttyper og andre observasjoner. Dette gjør blant annet at alle observasjoner av både dyr og planter kan registreres i databaser, som for eksempel Artsobservasjoner, slik at man innenfor både forskning og forvaltning kan se hvor ulike arter er observert.

Les vår innføring i geografiske informasjonssystemer (Ekstra) »

Litteratur

1Steen, “A Portable Digital Video Surveillance System to Monitor Prey Deliveries at Raptor Nests.”

2Hare and Woods, The Genius of Dogs: How Dogs Are Smarter Than You Think.

3Peterson et al., “Leadership Behavior in Relation to Dominance and Reproductive Status in Gray Wolves, Canis Lupus.”

4Post and Stenseth, “CLIMATIC VARIABILITY, PLANT PHENOLOGY, AND NORTHERN UNGULATES.”

5Matthysen, “Density-Dependent Dispersal in Birds and Mammals.”

6Heggøy O et al., “GPS-Loggers Influence Behaviour and Physiology in the Black-Legged Kittiwake Rissa Tridactyla.”

7Goudos, Siakavara, and Sahalos, “Design of Load-Ended Spiral Antennas for RFID UHF Passive Tags Using Improved Artificial Bee Colony Algorithm.”

Les også
Denne skyter ned opptil 30 mygg i sekundet med laserstråler
Les også
Weenect Cats
Les også
Tidlig prototype ble angrepet av parringsklare bier
Les også
Skal bygge «Noahs Ark» med gigantisk DNA-database
Les også
Nå har det kommet klær som skal beskytte mot datatyveri
annonse

Les også