能否通过条纹识别袋食蚁兽?优化基于相机陷阱图像的受威胁哺乳动物个体识别

《Global Ecology and Conservation》:Can you identify a numbat by its stripes? Optimising identification of individuals of a threatened mammal from camera trap images

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月05日 来源:Global Ecology and Conservation 3.7

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  相机陷阱图像已被用于识别具有独特皮毛图案(pelage patterning)的个体哺乳动物,但有关识别如何实现的细节常被省略,限制了可重复性。制定标准化的哺乳动物个体识别框架将大大增强严谨性和一致性。袋食蚁兽(Myrmecobius fasciatus)就是

  
相机陷阱图像已被用于识别具有独特皮毛图案(pelage patterning)的个体哺乳动物,但有关识别如何实现的细节常被省略,限制了可重复性。制定标准化的哺乳动物个体识别框架将大大增强严谨性和一致性。袋食蚁兽(Myrmecobius fasciatus)就是这样一个已开展个体识别但细节有限的物种。本研究利用在澳大利亚西南部一农业地产上进行的四次相机陷阱调查图像,评估了袋食蚁兽皮毛特征(pelage features)的变异程度和可靠性,以及假定的个体随时间被重新识别的程度。研究人员还研究了个体识别如何用于追踪袋食蚁兽相对于残存植被中巢穴原木(den logs)的运动和位点保真度。利用16个表型变量(phenotypic variables),研究人员成功识别了袋食蚁兽个体。左侧和右侧体侧条纹数量以及背部条纹图案表现出最大的个体间变异,并在高比例图像中持续可辨。假定的个体在2.5年后可被重新检测到,为成年袋食蚁兽皮毛图案稳定性提供了间接证据。研究人员进一步证明,不同的个体群优先使用不同的残存植被斑块和巢穴原木。研究结果明确定义了最适合用于识别袋食蚁兽个体的特征,并强调了残存植被和高质量巢穴原木的可获得性对维持袋食蚁兽种群多样性的重要性。本研究说明了建立系统化框架以确立照片识别(photo identification)作为考察哺乳动物生态学工具的重要性。
相机陷阱图像常被用于识别具有独特皮毛图案的哺乳动物个体,但不少研究缺乏对识别过程的详细描述,导致可重复性受限。袋食蚁兽(Myrmecobius fasciatus)是一种小型昼行性有袋类,以白蚁为食,被列为近危(IUCN)和澳大利亚濒危物种。此前已有研究利用条纹识别个体,但未形成系统化流程。本研究以袋食蚁兽为案例,旨在建立标准化的个体识别框架,通过量化条纹变异、确定最可靠特征、评估个体重检测时间跨度,并进一步将个体识别应用于追踪运动和巢穴原木(den logs)的位点保真度。

研究人员从2022年8月至2025年5月在澳大利亚西南部Pandela农场及相邻的Tone-Perup自然保护区(TPNR)进行的四次独立相机陷阱调查中获取图像。相机被部署在巢穴原木前方,高度25–100厘米不等,共获得2270张照片。研究定义了16个表型变量(phenotypic variables),包括左右侧条纹数、背部九个条带(band)内条纹数、尾基部条纹数、最靠近头部的两条背纹清晰度、条纹间距、眼上方白色条纹长度和性别等。通过主成分分析(PCA)评估个体间差异;用累积变量曲线确定最少所需特征数;计算特征在图像中可见且可判别的比例;利用非度量多维尺度分析(NMDS)、相似性分析(ANOSIM)和百分比相似性分析(SIMPER)比较不同残存斑块中巢穴原木使用差异;通过访问计数评估个体对原木的偏好。

主要结果如下:

3.1 袋食蚁兽条纹模式变异
基于2270张照片,研究人员识别出19个个体,其中13个在Pandela,6个在TPNR。左右侧条纹数均为5至9,中位数分别为7和6。背部条带计数变异明显,后部条带(1–2)多含1条,中部条带(4–6)存在1或2条,前部条带(7–9)常无条纹,3条的情况最少(约33.3%个体)。尾基部小纹数量为0–2,中位数为1。

3.2 可靠识别所需特征数量
PCA中前两个主成分解释了64.3%的条纹变异(PC1=38.0%,PC2=26.2%)。按变量贡献累积,最少6个变量(带1、2、3、5的条纹数及左右侧条纹数)即可区分PCA数据集中的全部13个个体。但包含全部19个已知个体时,仅13个(68.4%)能仅靠PCA变量识别,其余6个需额外依靠性别和条纹间距。

3.3 图像中最可靠可辨的条纹特征
在2270张照片中,1849张(81.4%)可用。完整左、右侧面图像分别占29.9%和31.9%,完整背面仅8.1%。背部条纹图案在1471张图像中可见且可判别,与不可判别比率约为40.9:1;左侧条纹数比率为35.8:1,右侧条纹数比率为18.1:1,尾基部条纹为6.2:1,眼条纹为2.2:1。背部图案最可靠,左右侧条纹次之,眼纹最差。图像质量问题(模糊、眩光)对眼纹影响最大,45%的眼纹图像不可判别。因此,建议优先使用背部图案和侧腹条纹数,避免依赖细小特征。

3.4 个体重检测
首次调查(2022年8月–2023年7月)识别出10个Pandela个体,后续又识别出3个新个体。5个个体(26.32%)在多次独立调查中被检测到。IND1和IND2在全部四次调查中被重捕,IND4被重捕三次,IND8和IND5两次。一个假定的个体在首次检测后951天(约2.5年)再次被检测到,为成年袋食蚁兽条纹图案的稳定性提供了间接证据。

3.5 相对于Pandela巢穴原木的运动模式
袋食蚁兽在Pandela的23个巢穴原木上被记录,访问集中在北部残存斑块(87.0%),其次是东部(8.2%)和西部(4.9%)。NMDS显示,访问西部巢穴原木的个体群与访问其他斑块的个体群明显分离;北部和东部原木也被区分。ANOSIM证实组间差异显著(R=0.707,p<0.001),各残存斑块两两比较均有显著差异。SIMPER分析显示IND1、IND19、IND2、IND7和IND8对组间差异贡献最大。这表明不同个体群倾向使用不同残存植被斑块,偶尔存在北部和东部之间的移动。

3.6 个体对巢穴原木的位点保真度
访问次数最多的原木均位于北部残存斑块,其中IND1和IND19占主导。DL15和DL16访问个体最多(各5个)。仅5个个体访问超过3个原木。多数个体表现出对特定原木的偏好,如IND4对DL12和DL13的访问占其总访问的92.1%。虽然IND1、IND2和IND5也访问过这些原木,但只有IND4表现出明显偏好。这证实了位点保真度并非个别现象。

在讨论部分,研究人员指出左右侧条纹数和背部条纹图案是识别个体最可靠的特征,而眼纹和尾基纹因细小难以判别,建议未来研究避免使用。研究还确认了袋食蚁兽皮毛图案在2.5年以上可能保持稳定,与虎条纹长达11年的稳定性类似。对于仅获得侧面图像的个体,性别和条纹间距可作为辅助特征。研究人员建议优化相机高度和角度(例如1米以上向下倾斜)以提高完整背面的获取率。此外,个体在不同残存斑块间的移动可能依赖路边植被和较小斑块作为廊道,加强斑块间连通性有助于基因流和降低捕食风险。位点保真度的观察支持了高密度巢穴原木对维持多样性种群的重要性。

研究局限性包括无法用同步追踪验证个体身份,但通过排除低质量图像和由两名观察者复核降低了误判风险。此外,四次调查的相机位置不完全一致,可能低估了某些原木的使用频率。

结论:本研究首次系统定义了适合相机陷阱图像个体识别的袋食蚁兽表型特征,证明左右侧条纹数和背部条纹图案是最具变异性和可靠性的指标,并确认2.5年后个体可被重检测。研究还展示了照片识别在农业景观中研究运动和位点保真度的应用,强调了保留大面积残存植被和多种适宜巢穴原木对保护袋食蚁兽种群的重要性。未来研究应采纳系统化框架,将照片识别作为哺乳动物生态学研究的补充工具。
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