Metodi per lo studio dell orientamento

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1 Metodi per lo studio dell orientamento Necessità di rilevare il comportamento orientato degli animali, di quantificarlo e di sottoporlo ad analisi statistica. Rilevazione dell orientamento istantanea (e.g. in condizioni controllate, più facile da quantificare) o continuata (ricostruzione rotte, telemetria)

2 Rilevamento dell orientamento dei neonati di tartaruga marina Dermochelys coriacea, South Africa

3 Rilevamento dell orientamento dei neonati di tartaruga marina Chelonia mydas, Australia

4 Rilevamento dell orientamento dei neonati di tartaruga marina Lohmann 1991; Merrill & Salmon 2010

5 Rilevamento dell orientamento dei neonati di tartaruga marina Tartaruga liuto (Dermochelys coriacea) 1.3 m Lohmann 1991

6 Rilevazione della direzione di volo nelle farfalle Farfalla monarca (Danaus plexippus) Farfalla Mouritsen & Frost 2002

7 Rilevazione dell inquietudine migratoria dei Passeriformi Imbuti di Emlen

8 Rilevazione dell inquietudine migratoria dei Passeriformi

9 Rilevazione dell inquietudine migratoria dei Passeriformi Vista dall alto di un imbuto di Emlen

10 Rilevazione dell inquietudine migratoria dei Passeriformi Risultati dell attività dell animale

11 Rilevazione dell inquietudine migratoria dei Passeriformi Risultati dell attività dell animale Bird 1 Bird 3

12 Rilevazione dei punti di svanimento dei colombi

13 Esperimenti di dislocamento (di homing) Luogo di rilascio 3 Luogo di rilascio 2 Home N Luogo di rilascio 1

14 Rilevazione istantanea dell orientamento in condizioni naturali Uso dei radar Rilevazione dell eco riflessa di un impulso radio trasmesso in precedenza, permette di rilevare distanza, posizione e rotta di oggetti interessati.

15 Rilevazione istantanea dell orientamento in condizioni naturali Uso dei radar Rilevazione dell eco riflessa di un impulso radio trasmesso in precedenza, permette di rilevare distanza e posizione (coordinate angolari) di oggetti interessati.

16 Rilevazione istantanea dell orientamento in condizioni naturali Uso dei radar Impiegati per rilevare i movimenti di animali in volo (Uccelli o Insetti: radar ornithology o radar entomology). Gli animali non sono influenzati dalla rilevazione, per cui viene monitorato il loro comportamento naturale, non disturbato. Ottenute informazioni sulla forma e massa del corpo rilevato, sul tipo di movimento (indicazioni sul tipo di animale in questione) e sul suo allineamento dell oggetto (direzione tenuta).

17 Quantificazione del comportamento orientato

18 Quantificazione del comportamento orientato Distribuzione circolare di punti di orientamento H (ED) 0 N 270 W E 90 S 180

19 Calcolo del vettore medio di una distribuzione circolare 0 N 270 W E 90 S 180

20 Calcolo del vettore medio di una distribuzione circolare 0 N 270 W E 90 S 180

21 Calcolo del vettore medio di una distribuzione circolare 0 N V 3 V 4 V W V 1 E 90 S 180

22 Calcolo del vettore medio di una distribuzione circolare V 3 V 4 V 2 V 1 N

23 Calcolo del vettore medio di una distribuzione circolare V 3 V 4 V 4 V 2 V 1 V 3 N V 2 V 1

24 Calcolo del vettore medio di una distribuzione circolare V 4 Σ Vi V 3 N V 2 V 1

25 Calcolo del vettore medio di una distribuzione circolare V 4 N V 3 Σ V i /n = Vettore medio V 2 V 1

26 Calcolo del vettore medio di una distribuzione circolare N Vettore medio α = 317 r = 0.87 W E S

27 Significato della lunghezza del vettore medio α = 37 r = 1.00 α = 37 r = α = 37 r = 0.50 α = 37 r =

28 Significatività dell orientamento di una distribuzione circolare Valutazione del grado di probabilità che una certa distribuzione sia diversa da una distribuzione casuale N Vettore medio α = 317 r = 0.87*** W E Rayleigh test (o V test) P<0.001 S

29 Significatività dell orientamento di una distribuzione circolare Valutazione del grado di probabilità che una certa distribuzione sia diversa da una distribuzione casuale α = 37 r = 1.00*** α = 37 r = 0.90*** P< P< α = 37 r = 0.50* α = 37 r = P<0.05 P>0.05

30 Telemetria animale Insieme di tutti i metodi per ottenere informazioni su animali liberi tramite sistemi remoti (Priede 1992) Tracking Determinazione della localizzazione (geografica) degli animali, per ricostruirne gli spostamenti

31 Telemetria animale Metodo di tracking dipende strettamente dall animale in questione e da tipo di movimento da monitorare. Le procedure comportano l applicazione agli animali di strumenti (soprattutto apparecchi elettronici) e quindi di catturare (o avvicinare) l animale almeno una volta. Lo strumento prima o poi si stacca dall animale, con modalità differenti da caso a caso.

32 Applicazione degli strumenti

33 Applicazione degli strumenti Tragelaphus oryx, South Africa Alces alces, Canada

34 Applicazione degli strumenti tramite collari Pteropus vampyrus, Malaysia

35 Applicazione degli strumenti tramite collari Micromys minutus, UK

36 Applicazione degli strumenti tramite imbracature Dermochelys coriacea, Guyana

37 Applicazione degli strumenti per attacco diretto Halichoerus grypus, U.K.

38 Applicazione degli strumenti per attacco diretto Mirounga leonina, South Georgia

39 Applicazione degli strumenti per attacco diretto Caretta caretta, Italia

40 Applicazione degli strumenti per attacco diretto Anax junius, USA Wikelski et al. 2006

41 Applicazione degli strumenti nei Pesci

42 Applicazione degli strumenti nei Pesci Isurus oxirinchus, California Pleuronectes platessa, UK

43 Applicazione degli strumenti nei Pesci Applicazione di trasmittenti satellitari su pinne dorsali

44 Applicazione degli strumenti nei Pesci Applicazione di trasmittenti satellitari galleggianti Mola mola, Spagna

45 Applicazione degli strumenti sui Cetacei

46 Mate et al Applicazione degli strumenti sui Cetacei

47 Applicazione degli strumenti sui Cetacei Megaptera novaeangliae Physeter macrocephalus Mate et al. 2007

48 Applicazione degli strumenti sui Cetacei Mate et al. 2007

49 Sistemi per il tracking animale Marcatura e ricattura Data loggers Telemetria convenzionale (VHF) Telemetria satellitare (Argos)

50 I sistemi di cattura-marcatura-ricattura

51 Risultati dei sistemi di cattura-marcatura-ricattura Luì grosso (Phylloscopus trochilus)

52 Risultati dei sistemi di cattura-marcatura-ricattura

53 Data loggers Registrazione e memorizzazione di parametri ambientali o comportamentali Funzionamento semplice Necessità di recupero dello strumento

54 Necessità di recupero degli strumenti WANTED DEAD OR ALIVE $1,000 REWARD OFFERED FOR ARCHIVAL TAGS FROM ATLANTIC BLUEFIN TUNA

55 Data loggers Registrazione e memorizzazione di parametri ambientali o comportamentali Funzionamento semplice Necessità di recupero dello strumento Molto utilizzati, con buona efficienza. Sia per telemetria di dati (e.g. comportamentali), che per tracking

56 Light-level data loggers Geolocation, o Global Location System (GLS) Sistema di posizionamento tramite intensità luminosa (detto anche Geolocation ) Misura dell intensità della luce in varie ore del giorno Calcolo di alba e tramonto da dati su intensità (ad es. quando l intensità è il 5% del max). Calcolo durata del giorno in quel giorno: latitudine Stima ora mezzogiorno (max intensità): longitudine Uso di filtri per compensare differenze in luminosità assoluta (e.g. nubi, immersioni) e elaborazioni complesse dei dati ottenuti per aumentare precisione Strumenti anche di dimensioni ridottissime (<1 g), utilizzabili anche sott acqua.

57 Error in latitude estimation Precisione geolocators Impossibile uso intorno agli equinozi 0 Lat. 40 Lat. 60 Lat. 80 Lat. 21 Mar. 21 June 23 Sept. Impossibile uso nelle regioni polari (soprattutto intorno ai solstizi) De Long et al. 1992

58 Accuratezza del tracking tramite geolocators Whale shark Rynchodon typus Wilson et al Raw data (errore medio ca. 500 km in latitudine e 200 km in longitudine) Filtered, SST-corrected (errore medio ca. 180 km in latitudine e 80 km in longitudine)

59 GPS data loggers Registrazione della propria posizione geografica tramite Global Positioning System (G.P.S.)

60 Global Positioning System (G.P.S.) Sistema basato sulla ricezione di segnali da costellazione di 24 satelliti ( km di altezza) che inviano segnali ad appositi ricevitori a terra Misurando il tempo impiegato per ricevere il segnale da almeno 4 satelliti, i ricevitori calcolano la propria posizione (anche in altezza) tramite triangolazione Accuratezza ottima (< 10 m; tipicamente 3-5 m).

61 GPS data loggers Colombo viaggiatore Columba livia

62 GPS data loggers Colombo viaggiatore Columba livia Pisa Luogo rilascio Home

63 GPS data loggers Capraia Berta maggiore Calonectris diomedea Elba Pianosa Montecristo

64 Radiotracking convenzionale (VHF) Applicazione di radiotrasmittente su animale da seguire Tracking tramite rilevazione dei segnali emessi ( MHz, nella banda VHF) Trasmittenti anche di piccole dimensioni (range di trasmissione limitato)

65 Strumentazione per radiotracking VHF Radiotrasmittenti VHF (anche miniaturizzate)

66 Strumentazione per radiotracking VHF Antenna Ricercatore Ricevitore

67 Radiotracking VHF: posizionamento 1. Ricezione segnali consente la determinazione della direzione dell emittente (bearing) 2. Localizzazione dell emittente tramite contatto diretto o triangolazione

68 Radiotracking VHF: prestazioni Accuratezza variabile (dipende da rilevatore) Costo limitato, per cui usato frequentemente Uso comune per movimenti a breve distanza o in animali sedentari (e.g. per determinazione home-range e uso dell ambiente) Poco usato per movimenti in ambienti inospitali o a lunga distanza (necessità di mantenimento contatto ravvicinato) Possibile uso anche con stimoli acustici (ultrasuoni), adatti per l ambiente acquatico.

69 Applicazioni radiotracking VHF Luoghi rilascio Wood thrush (Hylocichlia mustelina) Able et al. 1984

70 Applicazioni acoustic tracking Luogo rilascio Tartaruga verde (Chelonia mydas) Bermuda Ireland 1980

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72 Ricostruire i movimenti a lunga distanza degli animali: Il Sistema Argos N.O.A.A. LEO satellites (850 km) Ground stations Fairbanks, AL; Wallops Isl., VA; Lannion, F (+ regional stations)

73 MHz MHz Utenti

74 Sistema Argos Platform Transmitter Terminals (PTTs)

75 Platform Transmitter Terminals (PTTs)

76 Platform Transmitter Terminals (PTTs)

77 Platform Transmitter Terminals (PTTs)

78 Sistema Argos Satelliti NOAA Tiros Satelliti in orbita polare bassa quota (ca. 850 km) raggiungibili anche da segnali poco potenti (<1 W) non assicurano copertura continua

79 Area di visibilità dei satelliti Argos 5000 Km

80 Sovrapposizione orbite successive dei satelliti Argos Groundtrack n

81 Sovrapposizione orbite successive dei satelliti Argos Groundtrack n Groundtrack n+1 25

82 Sovrapposizione orbite successive dei satelliti Argos Groundtrack n Groundtrack n+1 25

83 Localizzazione geografica tramite effetto Doppler La localizzazione del trasmettitore viene effettuata dal sistema satellitare sfruttando l effetto Doppler, registrando la frequenza del segnale in arrivo. Non c e invio di informazioni posizionali da parte del PTT. Localizzazione possibile solo dopo la ricezione di almeno due emissioni consecutive (meglio se 3 o più, spaziate temporalmente). Differenti localizzazioni hanno precisione differente (stimate da Argos, teoricamente).

84 Accuratezza stimata localizzazioni Argos LC Argos PTT stazionari PTT su animale (stime teoriche) (Keating et al. 1991) (Costa et al. 2010) A B Valori del 68 percentile, espressi in m

85 Accuratezza stimata localizzazioni Argos Costa et al. 2010

86 Localizzazione Argos tramite effetto Doppler: conseguenze per il tracking animale 1. Necessità di stabilità in frequenza del segnale del PTT (non sempre facile) 2. Impossibilità di impiego di segnali provenienti da sott acqua 3. Necessità di contatto ripetuto con lo stesso satellite da parte dello stesso PTT (nei 10 min di overpass)

87 Tecniche di telemetria satellitare Caretta caretta Risultati: le rotte ricostruite Aquila pomarina Diomedea exulans

88 Tecniche di telemetria satellitare Ottenimento di dati da sensori dalle trasmittenti Argos

89 Tecniche di telemetria satellitare Comportamento di immersione degli animali in migrazione 15-Jan 00:00 15-Jan 06:00 15-Jan 12:00 15-Jan 18:00 16-Jan 00: Profondità (m) Tartaruga liuto Dermochelys coriacea Sale et al. 2003

90 Tecniche di telemetria satellitare Ottenimento di localizzazioni GPS dalle trasmittenti: Argos-linked GPS receivers

91 Tecniche di telemetria satellitare Ottenimento di localizzazioni GPS dalle trasmittenti: Argos-linked GPS receivers GPS-PTT -PTT Localizzazioni GPS Localizzazioni Argos

92 Tecniche di telemetria satellitare Argos-linked GPS receivers: vantaggi e problemi 1. Localizzazioni ottenute più precise (ca. 10 m vs. 1 km) 2. Localizzazioni ottenute più frequenti (copertura continua) 3. Difficoltà con animali che emergono per poco tempo, oggi superate (tecnologia Fastloc) 4. Difficoltà di trasmissione dei dati GPS registrati (si perdono fino a circa il 50% delle localizzazioni)

93 Tecniche di telemetria satellitare Argos PTTs con GPS

94 Tecniche di telemetria satellitare Argos PTTs con GPS Luogo rilascio Tartaruga verde (Chelonia mydas) Dati GPS Dati Argos Home

95 Tecniche di telemetria satellitare Argos PTTs con GPS Dati GPS Dati Argos H

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