机器学习在动物行为分析中的应用研究进展

动物行为分析是研究动物高级神经中枢功能的一项重要技术手段,动物的行为及其规律综合反映了其心理和生理状况,在实验动物学领域得到了广泛研究。近年来,行为采集手段的发展让大量行为数据得以产生,机器学习的出现大大提升了动物行为数据的处理效率。其中,监督学习可以实现对动物行为的自动识别和分类,而无监督学习则有利于发现人眼所观测不到的新行为或异常行为,探索行为结构。本文对机器学习方法在动物行为分析中的应用进行了阐述,为后期的研究工作和方向提供参考。     

丰容对圈养雌性岩羊活动时间分配的影响

为了探究环境丰容和食物丰容对岩羊行为和活动节律的影响,于2017年3月—7月,以上海动物园的5只雌性岩羊(Pseudois nayaur)为研究对象,设计环境丰容和食物丰容试验,利用瞬时扫描法对岩羊进行行为学观察,分析岩羊丰容前后昼间行为的变化。结果表明:经过环境丰容,岩羊的运动行为和反刍行为显著增加,卧息行为和其他行为显著减少,取食行为无明显变化。在环境丰容基础上,开展食物丰容后,运动行为明显减少,取食行为明显增加。卧息行为有所减少、反刍行为和其他行为有所增加,但变化均不明显。丰容后岩羊的昼间活动节律也发生了变化。取食行为呈现2个高峰期(8:00—11:00和15:00—18:00),取食行为普遍提高;运动行为在13:30—17:30时段较丰容前提前一个小时左右发生;卧息行为有相似的波动规律,但丰容后其昼间发生频次在16:00之前均降低;反刍行为波动最大,呈现出明显的2个高峰期(6:00—9:00和10:00—15:00)。试验表明,在进行环境和食物丰容后,岩羊的活动增加,优化了时间分配,福利状况得到了有效改善。     

洞庭湖区自然野化麋鹿种群的偏性扩散行为

大多数鹿科动物表现出偏向雄性的扩散行为。麋鹿(Elaphurus davidianus)于20世纪初在中国灭绝,1985年被重引入中国。1998年长江流域特大洪水导致部分麋鹿个体从湖北石首麋鹿国家级自然保护区围栏内外逸,最终在洞庭湖区形成自然野化种群。野化麋鹿是否也存在偏性扩散行为?1995—2012年,采用样带调查法、分区直数法、特殊个体识别法和访问调查法,按性别组成将扩散群分为雄性群、混合群和雌性群,对洞庭湖区自然野化麋鹿种群的扩散行为进行了研究,共记录到118次扩散。其中,有65次扩散可确认扩散群的类型;60次可确认扩散群准确的个体数。结果显示:(1)雄性麋鹿较雌性更倾向于扩散。雄性群的扩散频次高于雌性群和混合群;50%的雄性扩散群仅由单一成年雄体组成。(2)雄性麋鹿的扩散能力最强,雄性群、混合群和雌性群的平均扩散距离分别为(13.73±8.74)km、(11.05±4.16)km和(8.95±2.16)km,但三者之间的差异不显著(χ2=1.896,df=2,P=0.387)。雌性群和混合群的扩散距离均短于25km,而5.88%的雄性群扩散距离长于25 km。(3)雄性群的平均个体数与混合群的差异显著(F=5.324,df=24,P=0.000.05),与雌性群的差异不显著(F=9.830,df=35,P=0.813),而混合群与雌性群之间的差异显著(F=48.085,df=55,P=0.000.05)。(4)50.00%的雄性群和53.57%的混合群选择芦苇草地作为扩散目的地的生境。洞庭湖区自然野化麋鹿种群与其他野生鹿科动物一样,也存在"雄鹿较雌鹿更倾向于扩散"的现象,雄性的扩散能力比雌性强,雌性的扩散可能依赖于雄性。以上结果对麋鹿的野外放归和自然野化种群的管理与保护具有重要的意义。     

四环素在土壤和水环境中的分布及其生态毒性与降解

四环素是新兴污染物PPCPs中的一种,因其在畜禽及水产养殖中的大量使用在环境中造成一定的残留,成为一个较突出的环境风险问题。概述了环境中四环素的来源,对微生物、动物及植物的生态毒性,在土壤及水体中的残留及降解等环境行为。认为,环境中四环素的含量既使在很高的情况下,其对动物和植物的直接毒害作用也是有限的,四环素在环境中长期残留产生的抗性基因问题,可能是一个重要的研究方向。     

城市公园植被特征对陆生鸟类集团的影响

城市公共绿地是城市生态系统中重要的鸟类栖息地,其植被特征对鸟类集团存在显著影响。在通过分析植被特征对陆生鸟类集团的作用,从而为公园合理配置植被来提高其作为野生动物栖息地的生态服务功能提供理论基础。2009年10月至2011年10月,采用样线法对上海滨江森林公园进行鸟类调查,利用主成分分析划分鸟类集团,用高度定义植被层次,用卡方检验分析鸟类行为在植被层次上的差异。结果表明,滨江森林公园陆生鸟类群落在乔木层的栖息行为和运动行为频次显著多于其在灌木层和地被层的行为频次,在地被层的取食行为频次显著多于其在乔木层和灌木层的行为频次。陆生鸟类可划分为8个鸟类集团,鸟类集团之间存在栖息、运动和取食空间生态位的重叠。食虫拾取集团、杂食拾取集团、食肉飞取集团和植食拾取集团在栖息、运动和取食空间生态位上均存在较高的重叠度,其通过食性分离各自空间生态位。食虫探取集团和食虫飞取集团互为栖息空间生态位重叠度最高集团,其通过取食方式的不同来实现生态位的分离。根据公园植被特征对鸟类集团的影响结果对上海市公园绿地植被配置提出了建议。     

摄食行为的神经调控

神经系统大致分为中枢神经系统和外周神经系统,并构成非常复杂的神经网络.中枢神经系统被称为人体的司令部,不仅负责意识、记忆、语言等高级认知功能,决定个体行为,还对机体外周器官的功能和活动起到重要的调控作用.能量代谢作为生命最基本的特征之一,同样受到神经系统的精密调控.摄取食物是能量代谢中的重要一环,正常的摄食行为对维持代...     

对抗衰老的营养策略:限制性饮食

限制性饮食(restriction diet, RD)是一种被重点关注且已证明有效的抗衰老干预措施,可延长寿命、延缓衰老,并能减少和防止与年龄相关疾病的发生发展。RD已从单纯的热量限制饮食扩展到多元领域,根据禁食时间、频率、营养成分、昼夜节律、介入年龄和性别等控制变量,延伸出限时饮食和限制蛋白质饮食,其可通过与热量限制饮食相似的代谢和分子适应机制达到类似的抗衰老效果并减少衰老生物标志物。mTOR、AMPK、胰岛素/IGF-1、SIRT和FGF21等关键信号通路之间相互作用构成了RD复杂的代谢调控网络。此外,热量限制模拟物作为热量限制饮食的替代方法无需机体长期控制热量摄入,同样能达到抗衰老的作用。作为一种前景较好的健康老龄化策略,可通过分析RD延长健康寿命的分子途径及RD与运动等其他生活因素的相互作用,进行规模更大、时间更长的人体研究,使用个性化饮食方案确定个体如何通过优化饮食成分、摄入量及摄入时间来达到改善健康和延长寿命的最佳效果。因此,本文总结了RD中热量限制饮食、限时饮食和限制蛋白质饮食在对抗衰老方面的作用机制,以期为RD在对抗衰老和健康促进方面的研究提供新的角度和思路。     

脲酶抑制剂/硝化抑制剂对植稻土壤中尿素N行为的影响

采用自制根盒试验,主要研究了脲酶抑制剂氢醌（HQ）,硝化抑制剂双氰胺（DCD）及二者组合对离水稻根际不同距离处NH4^--N和NO3^-N分布的影响,结果表明,DCD及其与HQ组合均能显著促进稻株地上部分生长,始终显著降低水稻根际与近根际土中NH4^ -N含量直至施肥后60d,施肥后20d时,DCD及其与HQ组合可使非根际土中NH4^ -N含量显著增加,随后,却出现相反现象,施肥后20d时,距根际不同距离的土壤中,配施DCD或DCD＋HQ处理均能显著降低NO3^-N含量,随后,近根际和非根际仍保持上述现象直至施肥后40d;同未施DCD处理相比,根际土壤却较早出现NO3^--N含量高峰,正好与水稻N营养需求时期相一致,因此,DCD及其与HQ组合可减少水稻根际环境下尿素N损失潜势,通过不种稻土壤和距根际3cm处的土壤中尿素无机氮形态分布的差异,充分显示了研究水稻根际土壤氮素转化及相关抑制剂对其影响时,以取离根际3cm外的土壤作为非根际明显优于不种稻土壤。     

光肩星天牛对4种不同槭树科寄主植物的选择机制

用动态顶空采集法、TCT-GC-MS分析鉴定了复叶槭、五角枫、华北五角枫、挪威槭等4种槭树科植物挥发物的种类和相对含量,测定结果显示：4种植物的化学指纹图谱明显不同。“Y”型嗅觉行为测定结果表明,不同植物的挥发物对光肩星天牛的引诱效果不同：复叶槭对光肩星天牛的引诱效果最好,其次为五角枫,均达到了差异显著的程度,华北五角枫对光肩星天牛有引诱作用,但未达到显著程度,挪威槭对光肩星天牛既无引诱作用又无驱避作用。数据分析发现,五角枫、华北五角枫和挪威槭较复叶槭引诱作用差的原因可能与五角枫、华北五角枫中含有对光肩星天牛的驱避组分罗勒烯和反-2-己烯醇、挪威槭中含有对光肩星天牛的驱避组分（E）-1-戊烯-3-醇、反-2-己烯醇和trans-香叶基丙酮有关;在4种植物中醇类化合物、酮类和醛类化合物相对含量的排列顺序与植物的抗性顺序相同,而烷烃类和酯类化合物含量的排列顺序与植物的抗性顺序相反;复叶槭咬食程度轻的原因可能与其叶表面具有较少的表皮毛有关。     

鄱阳湖小天鹅越冬种群数量与行为学特征

2012年10月-2013年3月,采用直接计数法对鄱阳湖小天鹅Cygnus columbianus种群数量分布进行了5次调查。结果显示,各调查点小天鹅的种群数量均不稳定,可能与食物丰富度、水位等相关。各次调查中以第2次调查观测到的小天鹅数量最多,合计10756 只;调查区域中以鄱阳县白沙洲自然保护区调查到的小天鹅数量最多。5次调查中鄱阳县的小天鹅数量均占每次调查总数的56%以上,平均2239.80 只。小天鹅在各保护区不同湖泊的数量分布存在时间差异,但分布仅局限在几个湖泊中。调查显示,小天鹅的幼体比例为29.04%(n=1150)。采用瞬时扫描法对小天鹅越冬期的行为进行了研究,其用于静止(43.12%)和取食(27.44%)行为的时间较多,用于运动(16.82%)和梳理(11.48%)行为的时间较少,用于社会行为(1.14%)的时间最少。在小天鹅的日间行为节律中,静止行为高峰出现在07:00-08:00和17:00-18:00时段,取食行为高峰出现在16:00-17:00。下午取食强度的增加与冬季夜间长和气温低有关,鸟类必须获得足够的能量以维持其夜间的能量消耗。对小天鹅成幼体行为分配进行检验,发现除社会行为差异显著(Z=-2.310,P=0.021)外,其余行为差异均不显著。但成幼体的行为节律有较大差异,主要体现在静止和取食行为上。