多传感器标签技术揭示硬食性魟鱼的精细行为生态学与摄食策略

本研究针对硬食性魟鱼(durophagous stingrays)行为生态学研究的技术瓶颈，开发了一种集成惯性测量单元(IMU)、宽带水听器(0-22050 Hz)和卫星发射器的多传感器标签系统。通过创新的吸盘-喷水孔固定装置，在百慕大海域对白斑鹰魟(Aetobatus narinari)实现平均12.1小时的野外附着时长，成功记录到包括贝壳破碎声学特征在内的摄食行为数据，为海洋顶级捕食者的生态功能研究提供了新方法。

　　

海洋生态系统中，硬食性(durophagous)魟鱼作为关键的顶级捕食者，被认为在调控底栖群落结构中扮演着重要角色。然而，这类形态特殊的软骨鱼类光滑的体表缺乏适合固定电子标签的背鳍结构，加之其隐秘的生活习性，使得研究者长期难以获取其自然状态下的精细行为数据。传统生物记录(biologging)技术在应用于这类扁平体型的鳐鲼类(batoids)时面临两大挑战：一是缺乏可靠的体外固定方法，二是难以区分捕食行为中的搜索与实际摄食事件。这些技术限制严重阻碍了人们对这类濒危海洋生物生态功能的认知。

为解决这一难题，佛罗里达大西洋大学港湾分校海洋研究所领衔的国际研究团队开发了一种革命性的多传感器标签系统。该研究以白斑鹰魟(Aetobatus narinari)为模式物种，这种体宽可达2米的大型魟鱼具有典型的硬食性特征，能够通过特化的齿板破碎甲壳类猎物。研究人员通过整合惯性运动单元(Inertial Measurement Unit, IMU)、高清摄像头和宽带水听器等设备，结合创新的喷水孔固定技术，成功实现了对魟鱼自然摄食行为的原位观测。这项发表在《Animal Biotelemetry》的研究，为理解海洋顶级捕食者的生态角色提供了全新的技术途径。

研究团队采用的关键技术包括：1)定制化动物追踪解决方案(CATS)传感器包，集成三轴加速度计(50 Hz)、陀螺仪和磁力计；2)HTI-96-Min水听器系统(44.1 kHz采样率)记录贝壳破碎声学特征；3)创新的双模固定系统结合硅胶吸盘和喷水孔钩状支架；4)24/48小时电解定时释放装置(GTR)控制标签脱落；5)通过百慕大海域13次野外部署和46次水族馆试验验证系统可靠性。研究对象包括从佛罗达萨拉索塔湾和百慕大哈灵顿湾捕获的魟鱼个体(盘宽92-191 cm)。

【标签设计与性能】研究团队开发的标签包尺寸为24.1×7.6×5.1 cm，空气中重430 g，通过3D打印的树脂"钩"固定于魟鱼喷水孔上方软骨。比较试验显示，添加喷水孔固定装置后标签保留时间从平均6.02小时显著延长至19.8小时(p<0.001)，最长记录达59.2小时。这种非侵入式固定仅在皮肤留下暂时性吸盘印记，80天后观察显示基本愈合。

【行为特征解析】通过视频标定和随机森林(Random Forest)模型分析，研究成功区分了三种典型行为："游动"(Swimming，分类精度99.75%)、"浏览"(Browsing，83.77%)和"挖掘"(Digging，58.24%)。X轴角速度方差和最大动态起伏(surge)被确定为最关键的行为判别特征。野外观察发现白斑鹰魟的典型摄食序列为：俯冲至沉积物→浏览/挖掘→捕获猎物后立即上浮>1米→在空中处理猎物。

【声学特征识别】水听器记录到明显的贝壳破碎声学信号(图8)，这些特征同时体现在加速度计的X和Z轴数据中。通过分析摄食事件的声学波形和频谱图，确定了从猎物接触到最终破碎的完整处理过程，其中"首次破碎声"(first crack)与"末次破碎声"(last crack)的时间间隔反映了猎物处理时长。

【生态意义阐释】多传感器数据的协同分析揭示了硬食性魟鱼在底栖生态系统中的关键作用：1)通过摄食压力调控双壳类和腹足类种群；2)挖掘行为改变沉积物特性；3)在不同底质类型(珊瑚碎片、海藻草甸等)间表现出差异化的摄食策略。特别值得注意的是，加速度数据中识别的特征性峰值与贝壳破碎声的对应关系，为未来无视频辅助的摄食事件识别提供了可靠指标。

这项研究建立了研究硬食性鳐鲼类行为生态学的技术范式，其重要意义体现在：1)开发的喷水孔固定技术解决了光滑体表动物标签附着的世界性难题；2)多传感器融合策略(IMU+声学)实现了摄食行为的精准识别；3)为评估顶级捕食者的生态功能提供了量化工具。研究团队建议未来可优化传感器配置，降低功耗以延长观测周期，并通过扩大样本量进一步完善行为分类算法。这些技术进步将极大促进对濒危鳐鲼类生态功能的认知，为海洋保护区的科学管理提供依据。