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本文聚焦动物行为研究中的生物杂交方法，探讨其在理解动物行为（如利用机器人研究物种识别等）、实际应用（像无人机驱赶动物等）及系统整合（如农场传感器监测等）方面的应用，还讨论了伦理问题，为该领域研究提供了全面视角。
什么是动物行为中的生物杂交系统？
在动物行为研究中，生物杂交系统指活体与工程组件间的双向主动交互。比如活鱼与虚拟或机器鱼相互响应运动，这便是典型的生物杂交系统。单向交互，像研究活鱼对遥控鸟模型运动的反应，属于生物杂交方法。而被动整合，如实验室固定摄像头自动追踪动物运动，以及生物启发，像水下机器人模仿鱼类游泳模式，均不符合生物杂交系统的定义。明确这些定义，有助于跨学科研究的开展。
动物行为中的生物杂交方法
根据研讨会讨论，生物杂交方法可分为 “理解”“应用”“整合” 三个主题。这三个主题有助于对现有和潜在的生物杂交研究进行分类，推动动物行为研究的发展。
- 理解：旨在深入理解动物行为的机制、原因和后果，常属于基础研究，多在实验框架内进行。通过在可控环境中研究生物体，或让其与机器人、模拟生物互动，可识别动物反应和互动的特定线索与信号。比如用机器人蜜蜂研究蜜蜂的 “舞蹈语言”，用机器人研究鱼类的领导行为等。此外，生物杂交方法还能创新记录动物行为的方式，如无人机跟踪动物、动物佩戴的标签根据行为改变采样率等。
- 应用：涉及旨在引发交互组件行为变化以实现特定目标的生物杂交方法和系统，属于应用研究，侧重于解决实际问题。例如，在农业领域，生物传感器可监测牲畜瘤胃内的温度和 pH 值，智能项圈能监测动物健康和位置；在保护领域，机器人捕食者可驱赶害虫和入侵物种，无人机可引导动物群体运动，避免人与野生动物的冲突。
- 整合：指工程组件和生物组件在实验环境外完全共存，以提升生物或工程组件的性能。例如，生物杂交设备可增强工程组件的检测能力，陆地机器人可与牛群互动提供资源。然而，这种双向互动在动物行为研究中较少见，还面临道德和伦理问题。
理解（主题 1）
生物杂交方法为研究动物行为的基本方面提供了独特视角，常见的交互技术包括机器人和虚拟现实（VR）。
- 在配偶选择研究中：人工个体可帮助确定影响性选择的形态和行为特征。如控制雄性蓝鳍鳉鱼机器人的身体大小、颜色和运动模式，可研究雌性的偏好；3D 打印的招潮蟹机器人能研究雄性间的竞争和信号传递。此外，无人机可用于跟踪野生动物的交配行为，为研究提供更全面的数据。
- 在感觉生态学研究中：VR 技术可控制个体的感官输入，量化其对外部刺激的行为和神经反应。例如，研究小鼠的恐高反应、斑马鱼的聚群倾向、虚拟猎物中领导行为的捕食成本以及螳螂的深度感知等。同时，通过与机器人或在虚拟环境中互动，还能研究信息传递、学习和决策等过程。
- 在捕食者 - 猎物动态研究中：生物杂交研究可控制捕食者和猎物，深入了解它们之间的相互作用。例如，研究发现捕食性鱼类会适应猎物的逃跑策略，且更倾向于攻击具有特定运动模式的虚拟猎物。在野外，结合多种技术可研究复杂的捕食者 - 猎物关系，为生物杂交研究提供了新的平台。
案例研究：海洋动物行为的生物杂交研究现状与未来展望
研究海洋动物行为面临环境规模大、行为短暂等挑战，技术进步为解决这些问题提供了可能。通过结合水下和空中视频技术、计算机视觉、船载声纳和仿生机器人，可收集海洋动物的行为数据。例如，研究条纹马林鱼对太平洋沙丁鱼群的捕食行为，利用无人机和水下设备获取高分辨率的时空数据，为理解海洋生态系统提供了重要信息。未来，生物杂交工具可进一步应用于海洋研究和保护，如使用生物传感器或智能标签改变大型物种的行为，扩大 Robofish 技术的应用范围等。
应用（主题 2）
基于 “理解” 主题的研究成果，可利用生物杂交方法改变动物行为，实现特定的应用目标或进行保护研究。常见的工程工具包括无人机、仿生机器人和远程传感器等。
- 在生物放牧方面：改变动物群体的运动可减少人与野生动物的冲突。例如，RobotFalcon 可驱赶机场的鸟群，简单无人机可限制动物的活动范围，虚拟围栏和智能围栏可控制牲畜和野生动物的进出。此外，自组织的机器人群体可用于保护和放牧牲畜。
- 在害虫和入侵物种控制方面：仿生机器人可模拟自然捕食者，有效驱赶害虫和入侵物种。例如，模仿珍珠鸡的机器人可研究蝗虫的逃避行为，为种群控制提供参考；模仿大口黑鲈的机器人可揭示食蚊鱼的进化弱点，减轻其对本地两栖动物的威胁。
整合（主题 3）
生物和工程组件的长期整合在研讨会上存在争议，但一致认为其可推动动物行为研究。
- 在农业和监测领域：生物杂交方法已得到应用。例如，传感器可监测牛的行为和健康状况，动物携带的生物记录器可提供生态系统变化的数据。国际团队开发的 “ICARUS” 系统，利用动物携带的传感器进行生态和气候预测。
- 在赛博格技术方面：赛博格可用于研究基本问题或利用其感官能力和控制其运动。例如，通过电神经刺激可控制昆虫的运动，赛博格昆虫在城市搜索和救援、农业等领域有潜在应用。然而，赛博格技术引发了伦理和社会学问题。
- 在生态系统层面的整合：机器人或传感器可嵌入农业或野生系统，改善系统的健康和功能。例如，机器人可用于生物多样性监测和评估绿色基础设施。此外，工程组件可实现种间信息传递，促进生态系统的发展。在水产养殖中，仿生机器人可监测水质，提高鱼类福利。
伦理
在生物杂交研究中，需权衡研究成果与可能对动物、生态系统产生的负面影响。研究应遵循伦理原则，如《动物行为》期刊要求研究必须有明确的、重要的益处。许多生物杂交方法和系统可能会干扰动物或生态系统，因此在研究前需充分考虑这些影响。同时，应注重生物杂交研究对动物福利的积极影响，遵循 “3R 原则”。
- 替代（Replacement）：利用机器人或 VR 可替代活体动物进行研究，减少动物的使用。例如，在实验室研究捕食者 - 猎物相互作用时，可使用机器人替代真实的捕食者和猎物；VR 可用于动物处理的研究训练，或改善圈养动物的环境。
- 减少（Reduction）：生物杂交方法可通过标准化刺激，减少研究中动物的使用数量。例如，在野外研究中，使用仿生猎物可减少数据的变异，提高研究效率。
- 优化（Refinement）：生物杂交方法可改进动物行为改变的策略，减少对动物的伤害。例如，利用生物杂交技术控制害虫行为，可减少使用不人道的控制方法；在农场和渔业中，使用传感器监测动物健康，可提高动物福利。
讨论
生物杂交方法和系统为理解、保护动物及与动物共存提供了有力工具，相比传统方法具有诸多优势。它能实现更精确的观察和数据收集，扩展人类的感官系统，加强动物行为、神经科学和保护之间的联系。本文虽未对文献进行系统搜索，但提供了动物行为研究中生物杂交系统的概念、框架和分类，推动了该领域的发展。不同主题在生物杂交研究中各有侧重，未来需加强跨学科合作，促进技术共享和知识交流。
展望
未来，多种生物杂交系统可能结合形成更高级的系统，利用集体智能的优势。人工智能（AI）将使工程系统能够快速与动物互动，但精确识别动物行为仍是挑战。AI 有望通过持续监测动物行为，实现对地球状态的量化。生物杂交系统的发展受社会经济压力影响，未来应用可能集中在农业、保护和害虫控制等领域。动物行为学界应积极参与，通过跨学科合作和数据共享推动生物杂交系统的发展。
