فاطمه شعبانی ۱۴۰۴/۰۹/۲۱ 0نظر

استراتژی‌ خفاش‌ ها برای پیمودن مسیرهای طولانی

(Bats surf storm fronts during spring migration)
خلاصه مقاله:

مهاجرت‌های طولانی‌برد در پرندگان آوازخوان پدیده‌ای رایج است، اما در خفاش‌ها نادر و کمتر مطالعه شده است. در این تحقیق، پژوهشگران با استفاده از تگ‌های بسیار سبک مجهز به فناوری اینترنت اشیا (IoT)، مسیر حرکت، میزان فعالیت و دمای ماده‌های خفاش «نوکتول معمولی» را در طول مهاجرت بهاری در اروپای مرکزی دنبال کردند—مسافتی که در برخی موارد به بیش از ۱۱۰۰ کیلومتر رسید. نتایج نشان می‌دهد که خفاش‌ها با استفاده از باد پشتیبان، مصرف انرژی خود را کاهش می‌دهند؛ شب‌هایی که گرم و کم‌بارش هستند، زمان اوج مهاجرت است و ماده‌هایی که دیرتر در فصل مهاجرت حرکت می‌کنند، انرژی بیشتری مصرف می‌کنند؛ موضوعی که نشان‌دهنده‌ی هزینه‌های متابولیکی انعطاف‌پذیری زمانی آن‌هاست.

این مطالعه نه‌تنها بینش ما را نسبت به استراتژی‌های مهاجرت خفاش‌ها عمیق‌تر می‌کند، بلکه اهمیت پایش دقیق این گونه‌ها را برای مدیریت تأثیرات تغییرات اقلیمی و تهدیدهای ناشی از فعالیت‌های انسانی، مانند ساخت توربین‌های بادی و کاهش منابع غذایی، به‌خوبی نشان می‌دهد.

مهاجرت‌های دوربرد که در پرندگان پاسرین (پرندگان آوازخوان) رفتاری کاملاً رایج است، در خفاش‌ها پدیده‌ای نادر و نسبتاً ناشناخته باقی مانده است. در این پژوهش، ما با استفاده از یک تگ بسیار سبک ۱٫۲ گرمی مبتنی بر فناوری IoT (اینترنت اشیا) که توانایی پردازش داده‌ها را روی خود دستگاه دارد، محل روزانه، دما و الگوی فعالیت خفاش های ماده «نوکتول معمولی» (Nyctalus noctula) را در طول مهاجرت بهاری آن‌ها در سراسر اروپای مرکزی رهگیری کردیم؛ مسافتی که در برخی موارد به ۱۱۱۶ کیلومتر می‌رسید.

طی سه سال مطالعه، مشخص شد که ۷۱ خفاش، هر شب ده‌ها تا حتی صدها کیلومتر را طی می‌کردند. بیشتر این پروازها در زمان‌هایی رخ می‌داد که جبهه‌های هوای گرم در حال نزدیک‌شدن بودند—اتفاقی که برای خفاش‌ها جریان باد هم‌سو و شرایط پرواز مطلوب فراهم می‌کرد. با این حال، نکته‌ی جالب‌تر آن بود که این جانوران در صورت نیاز، انعطاف‌پذیری شگفت‌انگیزی را نشان می‌دادند و می‌توانستند تحت طیف گسترده‌ای از شرایط آب‌وهوایی پرواز کنند. با این وجود، ماده‌هایی که دیرتر و در انتهای فصل مهاجرت را آغاز کرده بودند، برای طی هر واحد مسافت، فعالیت بیشتری ثبت کردند؛ موضوعی که می‌تواند نشانه‌ای از افزایش هزینه‌ی متابولیکی در اثر زمان‌بندی انعطاف‌پذیر آن‌ها باشد.

هر سال میلیاردها پرنده مهاجرت می‌کنند و برای انتخاب زمان حرکت، مجموعه‌ای از شرایط محیطی مطلوب را بررسی می‌کنند. اما خفاش‌ها—این شکارچیان شب‌فعال و معمولاً پنهان‌زی—تنها در تعداد محدودی از گونه‌های حشره‌خوار و میوه‌خوار در مناطق معتدل و گرمسیری، رفتار مهاجرت طولانی‌مدت دارند. هنوز هم اطلاعات ما درباره‌ی مسیرها و راهبردهای مهاجرتی آن‌ها بسیار محدود است. مهاجرت‌های طولانی‌برد نه‌تنها از نظر انرژی بسیار پرهزینه‌اند، بلکه حیوان را در معرض تهدیدهای گوناگونی قرار می‌دهند: از توربین‌های بادی و کاهش جمعیت حشرات گرفته تا اثرات چندوجهی تغییرات اقلیمی .

افزایش دما بر اثر گرمایش جهانی می‌تواند باعث آغاز زودتر مهاجرت‌های بهاری شود؛ پدیده‌ای که گاهی برای خفاش‌ها سودمند است، اما گاهی هم ممکن است منجر به عدم هماهنگی زمان رسیدن با فراوانی منابع غذایی شود. شواهد تازه نشان می‌دهد که برخی جمعیت‌های خفاش‌های مهاجر در حال تغییر محدوده‌ی زیست و حتی کاهش گستره‌ی زیستگاه‌های خود هستند، اما دلایل دقیق این تغییرات هنوز مشخص نیست.

مهاجران باید مدام تصمیم بگیرند: آیا وقت حرکت به مرحله‌ی بعد مهاجرت رسیده است یا نه؟ به‌نظر می‌رسد نشانه‌های آغاز حرکت با شرایط آب‌وهوایی محلی—مخصوصاً بادهای مطلوب—ارتباط نزدیکی داشته باشد. این موضوع با مشاهده‌ی این واقعیت تقویت می‌شود که برخی گونه‌های خفاش در طول پروازهای خود نیز از جریان باد هم‌سو بهره می‌برند، و در بخش‌های کوچکی از مهاجرت‌های آن‌ها که تاکنون به‌طور دقیق ردگیری شده‌اند نیز این الگو دیده شده است . بنابراین، توصیف دقیق رابطه‌ی میان صرفه‌جویی انرژی و ریسک شروع هر مرحله‌ی جدید مهاجرت برای درک بهتر این پدیده‌ی به‌شدت در معرض تهدید، اهمیت بنیادی دارد. با وجود این، محدودیت‌های فناوری رهگیری جانوران تا امروز مانع ثبت کامل مسیر مهاجرت خفاش‌ها شده بود.

گونه‌ی مورد مطالعه‌ی ما، Nyctalus noctula، یک خفاش حشره‌خوار اروپایی با پراکنش گسترده است. بیشتر ماده‌های این گونه هر بهار به سمت شمال‌شرق پرواز می‌کنند و از محل‌های زمستان‌گذرانی خود تا آشیانه‌های زادآوری فاصله‌هایی تا ۱۶۰۰ کیلومتر را طی می‌کنند. اما در سال‌های اخیر الگوهای مهاجرتی این خفاش‌ها در حال تغییر است؛ برای نمونه، برخی جمعیت‌های محلی در نواحی زمستان‌گذرانی سنتی رو به کاهش‌اند و مناطق زمستان‌گذرانی نیز به سمت شمال گسترش یافته‌اند. در منطقه‌ی دریاچه‌ی کنستانس در جنوب آلمان مشاهده شده است که خفاش‌ها معمولاً همراه با جریان باد هم‌سو و فشار هوای بالا مهاجرت خود را آغاز می‌کنند و مهاجرت‌شان را در گام‌هایی کوتاه همراه با توقف‌گاه‌های موقت پیش می‌برند . سپس، برای عبور از چشم‌انداز متنوع منطقه، از ارتفاع‌های پروازی بسیار متغیر بهره می‌برند .

در این مطالعه، ما از تگ‌های زیست‌تله‌متری ICARUS TinyFoxBatt (با جرم ۱٫۱۹ ± ۰٫۰۸ گرم) استفاده کردیم؛ تگ‌هایی که دارای پردازشگر داخلی برای تحلیل داده‌ها و قابلیت فشرده‌سازی اطلاعات بودند (edge computing)، و داده‌ها را از طریق شبکه‌ی بلندبرد Sigfox 0G ارسال می‌کردند. این فناوری به ما امکان داد تا رفتار ماده‌ها و تصمیم‌های مربوط به شروع مهاجرت را لحظه‌به‌لحظه دنبال کنیم. افزون بر این، تگ‌ها مقدار تجمعی VeDBA (شتاب‌برداری دینامیک بدن—معیاری استاندارد برای اندازه‌گیری شتاب کل که از ریشه‌ی مربع مجموع بردارهای شتاب‌سنج به‌دست می‌آید) را اندازه‌گیری کردند. این شاخص، نمایه‌ای غیرمستقیم از مصرف انرژی است و برای هر گام مهاجرتی، طی چندین هفته ثبت شد؛ زمانی که خفاش‌ها از رشته‌کوه آلپ به سمت شمال و سراسر اروپای مرکزی در بهار حرکت می‌کردند.

نتایج

خلاصه‌ی حرکت

در مجموع از ۱۲۵ خفاش تگ‌شده، داده‌هایی بین ۰ تا ۴۶ روز دریافت شد (میانگین ± SD: ۱۱٫۷ ± ۱۱٫۰ روز؛ شکل ۱A و جدول S1) (۱۸). برخی از تگ‌ها احتمالاً زودتر از موعد از بدن خفاش جدا شده بودند و همین امر باعث شد پیش از آغاز یا تکمیل مهاجرت، دریافت داده‌ها قطع شود.

از داده‌های مخابره‌شده، ما توانستیم موقعیت‌های تقریبی، اندازه‌گیری‌های روزانه‌ی شتاب بدن (VeDBA)، درصد فعالیت روزانه—یعنی میزان حرکتی که از آستانه‌ی از پیش تعیین‌شده‌ی «رفتار پروازی» عبور می‌کرد (جزئیات در بخش مواد و روش‌ها)—و همچنین حداقل و حداکثر دمای تگ را برای همه‌ی خفاش‌ها استخراج کنیم.

رفتار مهاجرتی خفاش‌ها از طریق داده‌های ثبت‌شده در بازه‌های ۳۰ دقیقه‌ای در طول شب، که طی آن مختصات مکانی ثبت می‌شد، قابل شناسایی بود. همچنین داده‌های مربوط به مسافت روزانه نیز این الگوها را منعکس می‌کردند. برای تفکیک شب‌هایی که خفاش‌ها در آن‌ها پروازهای جست‌وجوی غذا (foraging flights) انجام می‌دادند از شب‌هایی که کاملاً غیرفعال بودند، از مقدار VeDBA روزانه استفاده شد .

تحلیل آستانه‌های رفتاری برای شتاب روزانه و فاصله‌ی طی‌شده نشان داد که رفتارهای تغذیه و مهاجرت در دماهای بالاتر تگ و سطح فعالیت بیشتر رخ می‌دادند؛ در حالی که رفتارهای غیرفعال و ثابت با دما و فعالیت پایین‌تر همراه بودند.

مصرف روزانه‌ی VeDBA در شب‌های مهاجرتی به‌طور میانگین ۲۴۹٪ بیشتر از شب‌هایی با فعالیت تغذیه‌ای غالب بود. در همین حال، میزان بی‌تحرکی تنها ۸٪ از VeDBA روزانه‌ی یک شب تغذیه‌ای را شامل می‌شد. در مجموع، خفاش‌ها ۱۴۱ شب را در حالت مهاجرت، ۴۸۹ شب را در حالت تغذیه، و ۱۱۰ شب را بدون تحرک سپری کردند . الگوی رفتاری نشان می‌دهد که خفاش‌ها معمولاً بین تغذیه و مهاجرت و همچنین بین بی‌تحرکی و تغذیه جابه‌جا می‌شدند، اما تغییر مستقیم بین مهاجرت و بی‌تحرکی بسیار نادر بود.

ایستگاه‌های توقف (Stopovers) که مرحله‌هایی بین فازهای مهاجرت هستند، بسیار کم مشاهده شدند. این توقف‌ها معمولاً به دلیل نبود پوشش سیگنال پایدار ثبت نشده بودند و مدت آن‌ها بسیار متغیر بود (میانگین: ۴ روز؛ دامنه: ۲ تا ۲۱ روز؛ n=25؛ شکل S4). در اکثر شب‌های توقف، خفاش‌ها به تغذیه می‌پرداختند (میانگین: ۸۹٪ شب‌ها؛ دامنه: ۳۳ تا ۱۰۰٪؛ n=25)، تنها یک مورد استثنا وجود داشت.

در ادامه، ۷۱ خفاش از محل نصب تگ به سمت شمال‌شرق مهاجرت کردند
این الگو در هر سه سال مطالعه بدون تفاوت معنی‌دار تکرار شد ). خفاش‌ها در شب‌های مهاجرت تا ۳۸۳ کیلومتر پرواز کردند
که این مقدار حدود ۲۰۰ کیلومتر بیشتر از رکوردهای قبلی است. همچنین بسیار فراتر از برآوردهای گذشته از مسافت‌های مهاجرتی این گونه می‌باشد. مطابق مطالعات پیشین، سرعت زمینی خفاش‌ها بر اساس ثبت‌های پرواز سریع به‌طور میانگین 12.7 ± 7.1 m/s و حداکثر 43.3 m/s بود.

تأثیرات محیطی بر مهاجرت

در طول پروازهای مهاجرتی، خفاش‌ها با محدوده‌ی وسیعی از سرعت‌های باد مواجه شدند
(میانگین: 5.0 m/s؛ دامنه: 0.2 تا 11.1 m/s).
پروازهای مهاجرتی نسبت به روزهای اطراف، سرعت باد مشابهی داشتند؛ اما ویژگی مهم این بود که آن‌ها احتمالا پشتیبانی باد (Tailwind) بیشتری دریافت می‌کردند، باد جانبی کمتر بود و سرعت هوایی (سرعت نسبت به ستون هوای در حال حرکت) نیز کاهش داشت.

خلاصه اینکه، خفاش‌ها معمولاً پیش از ورود جبهه‌های فشار مهاجرت را آغاز می‌کردند. شرایط آب‌وهوایی در محل شروع پرواز در شب‌های مهاجرت اغلب نشان‌دهنده‌ی پشتیبانی باد مثبت‌تر بود.
افزایش دما و کاهش فشار هوا نسبت به شب‌های قبل نیز به‌طور معمول مشاهده می‌شد.

برای بررسی اثر محیط، یک مدل GLMM binomial برای مقایسه‌ی «رفتارهای مهاجرتی» و «رفتارهای غیرمهاجرتی» ساخته شد. نتایج نشان داد که مهاجرت معمولاً در شب‌هایی با فشار هوای بالا و دیرتر در فصل بهار رخ می‌داد. این شب‌ها همچنین با پشتیبانی باد بیشتر، دمای بالاتر و کاهش فشار هوا همراه بودند.

زمان‌بندی مهاجرت

هر خفاش در حالی‌که تگ هنوز متصل بود به‌طور متوسط ۲.۰ ± ۱.۳ شب مهاجرت کرد (دامنه: ۱ تا ۵ شب؛ n=71).
با این حال، مهاجرت‌ها در بازه‌ی زمانی نزدیک به دو ماه در هر سال انجام شدند:

۱۴ آوریل تا ۱۱ مه ۲۰۲۲ (۲۷ روز)
۱۹ آوریل تا ۶ ژوئن ۲۰۲۳ (۴۸ روز)
۱۲ آوریل تا ۲۷ مه ۲۰۲۴ (۴۵ روز)

این موضوع نشان‌دهنده‌ی تنوع زمانی زیاد در مهاجرت ماده‌هاست.

بر اساس داده‌ها، جرم بدن اولیه یا درصد وزن اضافه‌شده توسط تگ تأثیری بر تاریخ حرکت یا مسافت طی‌شده نداشت.
اما مدت زمان متصل بودن تگ با مسافت کل پرواز رابطه‌ی مثبت داشت .

شب‌هایی که فعالیت مهاجرتی بالا داشتند—بر اساس درصد خفاش‌های مهاجر در آن شب—معمولاً گرم‌تر و با بارندگی کمتر، پوشش ابر کمتر و بارش پایین‌تر بودند.

برای آزمون این فرض که خفاش‌ها مهاجرت را طوری زمان‌بندی می‌کنند که از پشتیبانی باد بهره ببرند، VeDBA روزانه بر اساس سه پارامتر مدل شد:

مسافت روزانه‌ی طی‌شده
پشتیبانی باد در مسیر
مرحله‌ی مهاجرت (زودهنگام یا دیرهنگام)

میانه‌ی زمان مهاجرت ۷ مه (روز ۱۲۷ ژولیَن) بود که برای تفکیک دو مرحله‌ی مهاجرت استفاده شد.

VeDBA روزانه با افزایش مسافت طی‌شده به‌طور معنی‌دار افزایش یافت.
همچنین با افزایش پشتیبانی باد کاهش پیدا کرد.
تحلیل زمان‌بندی نشان داد که مهاجرت‌های دیرهنگام مقدار intercept بالاتری دارند و بنابراین VeDBA روزانه‌ی بیشتری نشان می‌دهند که بخشی از آن ناشی از کاهش پشتیبانی باد است (آزمون Wilcoxon: P < 0.003؛).

بحث

در این مطالعه از یک تگ IoT نسل جدید با پردازش محلی داده‌ها برای ردیابی مهاجرت بهاره‌ی ماده‌های نوکتول (Nyctalus noctula) استفاده شد. نتایج نشان داد که خفاش‌ها از پشتیبانی باد برای افزایش سرعت و کاهش هزینه‌ی انرژی بهره می‌برند. بیشتر مهاجرت‌ها در شب‌هایی پیش از ورود جبهه‌های گرم رخ دادند، که احتمالاً به خفاش‌ها اجازه می‌دهد از شرایط مناسب‌تر باد استفاده کنند و از شرایط نامساعد اجتناب کنند. شب‌هایی با فعالیت مهاجرتی بالا، گرم و کم‌بارش بودند، که نشان می‌دهد دمای مطلق محرک مهمی برای آغاز مهاجرت است.

این نتایج امکان مقایسه‌ی رفتار خفاش‌ها با پرندگان را فراهم می‌کنند. هر دو گروه نسبت به تغییرات دما، فشار هوا و پشتیبانی باد واکنش مشابهی در مهاجرت بهاره نشان می‌دهند. تغییرات سریع روزانه در این پارامترها بهترین شاخص برای پیش‌بینی شب‌های آغاز مهاجرت بودند، حتی بیشتر از مقادیر مطلق آن‌ها.

یافته‌ها با مطالعه‌ی Dechmann و همکاران سازگار است، اما مطالعه‌ی حاضر نشان می‌دهد تغییرات پارامترهای آب‌وهوایی ممکن است نقش مهم‌تری در تشخیص جبهه‌های آب‌وهوایی داشته باشند.

بااین‌حال، خفاش‌ها انعطاف‌پذیری لازم را دارند تا حتی تحت شرایط کمتر ایده‌آل نیز مهاجرت کنند. کاهش پشتیبانی باد در مهاجرت‌های دیرهنگام باعث افزایش شتاب تجمعی (و احتمالاً هزینه‌ی انرژی) شد. اگرچه حسگر شتاب دقیقاً برای مصرف انرژی کالیبر نشده بود، VeDBA به‌طور گسترده برای تخمین انرژی مصرفی استفاده می‌شود. بنابراین، VeDBA بیشتر نشان‌دهنده‌ی مصرف انرژی بیشتر است.

ممکن است بخشی از کاهش پشتیبانی باد با تغییر ارتفاع پرواز جبران شود، زیرا ارتفاع پرواز در نوکتول‌ها بسیار متغیر است . این ویژگی انعطاف‌پذیری زیادی ایجاد می‌کند و خفاش‌ها را قادر می‌سازد به شرایط محلی یا دسترسی به غذا پاسخ دهند.

در برخی موارد، دیده شد که خفاش‌ها بخشی از مهاجرت را رها کرده و به نقطه‌ی آغاز بازمی‌گردند، مشابه پرندگان آوازخوان. در یک مورد، این بازگشت احتمالاً به دلیل پشتیبانی باد کم یا نزدیک شدن جبهه‌ی سرد بوده است.

شاخص دیگر انعطاف‌پذیری این بود که جرم بدن اولیه تأثیری بر تاریخ شروع مهاجرت یا مسافت پرواز نداشت . این نتیجه نشان می‌دهد که نوکتول‌ها پیش از مهاجرت به سرعت جرم خود را افزایش می‌دهند. آن‌ها احتمالاً از Torpor روزانه برای حفظ انرژی و از تغذیه‌ی عصرگاهی حتی در شب‌های مهاجرت استفاده می‌کنند.

یکی از یافته‌های مهم این تحقیق این است که خفاش‌های دیرهنگام انرژی بیشتری مصرف می‌کنند. این نشان می‌دهد که انعطاف‌پذیری زمانی هزینه دارد. این افراد شاید زمان بیشتری برای آماده‌سازی داشته باشند، اما ممکن است فرصت بهینه‌ی مهاجرت را از دست بدهند و دیرتر به مناطق تابستان‌گذران برسند.

اگرچه کاهش پشتیبانی باد نقش دارد، اما به‌تنهایی توضیح‌دهنده‌ی همه‌چیز نیست. احتمالاً افزایش جرم بدن ناشی از بارداری پیشرفته‌تر نیز VeDBA را افزایش می‌دهد، چون وزن بیشتر نیازمند بال‌زدن بیشتر است .
ماده‌ها در بهار اغلب باردار هستند و می‌توانند رشد جنین را با Torpor کند کنند . بنابراین، خفاش‌های دیرهنگام احتمالاً به دلیل بارداری بیشتر، پروازهای پرهزینه‌تری دارند.

این انعطاف‌پذیری فنولوژیک ممکن است برای بقای بلندمدت آن‌ها ضروری باشد، اما مشخص نیست که آیا این پراکندگی زمانی به آن‌ها کمک می‌کند تا با شرایط غیرقابل پیش‌بینی بهتر سازگار شوند یا خیر.

در این مطالعه، تگ TinyFoxBatt امکان ردیابی بلندبرد و دریافت ۱٬۴۴۰ سنجش روزانه از طریق رایانش لبه‌ای را فراهم کرد. این قابلیت، اطلاعات بسیار دقیقی درباره‌ی شرایطی ارائه می‌دهد که خفاش‌ها هنگام تصمیم‌گیری برای مهاجرت تجربه می‌کنند.

مطالعات پیشین که زمان کوتاه‌تر یا نمونه‌ی کم‌تری داشتند، منجر به فرضیات نادرستی درباره‌ی مسیر مهاجرت شدند. اما این مطالعه با داده‌های گسترده‌تر، نشان داد که خفاش‌ها عمدتاً به سمت شرق حرکت می‌کنند.
پایش و ردیابی پیوسته‌ی تعداد زیادی از خفاش‌ها برای: