Wissenschaftler des Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) haben einen einzigartigen Datensatz veröffentlicht, der mehr als 5 Millionen Rohdatenpunkte über die Bewegung, das Verhalten und die Position von jungen Chinook-Lachsen enthält, als sie auf ihrem Weg zum Columbia River durch Wasserkraftwerke fuhren Pazifik See.
PNNL beschloss, die Daten mit der größeren wissenschaftlichen Gemeinschaft zu teilen, in der Hoffnung, dass dadurch das Verständnis dafür, wie sich Fische in der Nähe von Dämmen verhalten, erweitert wird.
„Wir glauben, dass dieser einzigartige Datensatz für die wissenschaftliche Gemeinschaft sehr nützlich sein kann, um Ziele zu erreichen, die über das hinausgehen, was wir bisher getan haben“, sagte Daniel Deng, Maschinenbauingenieur bei PNNL. „Es kann verwendet werden, um Hypothesen über biologische Verhaltensmodelle von Fischen zu entwickeln, wenn sie Dämme passieren.“
Neue Entdeckungen könnten zur Konstruktion fischfreundlicherer Dämme und zu besseren Überlebenschancen für schwindende Populationen von Lachsen und anderen Arten führen.
Die Datendatei kann heruntergeladen werden aus dem Tagebuch Wissenschaftliche Daten.
Die Datenerhebung erfolgte mit dem Juvenile Salmon Acoustic Telemetry System (JSATS), ein innovatives System zum Sammeln von Informationen über die Bewegung markierter Fische, das von PNNL entwickelt wurde. JSATS verwendet a winziger injizierbarer akustischer Sender nicht länger als zwei Reiskörner – die kleinste kommerziell erhältliche Fischkennzeichnungstechnologie.
Die Größe des Senders und der Implantationsmethode machen diesen Datensatz besonders wertvoll, sagte Jayson Martinez, Maschinenbauingenieur bei PNNL.
Es ist das einzige seiner Art, das durch Injektion oder einen kleinen Einschnitt implantiert werden kann, der keine chirurgischen Nähte erfordert.
Akustische Telemetriedaten von JSATS können sich für die Lachswiederherstellung als wertvoll erweisen
Bis zur Gründung des JSATS im Jahr 2006 beschränkte die Größe der verfügbaren Markierungen die Mindestgröße von Fischen, die erfolgreich untersucht werden konnten, wodurch Daten zu kleineren oder jüngeren Fischen relativ knapp wurden. Seitdem hat sich die JSATS-Technologie verbessert, während die Tags immer kleiner geworden sind, was die Untersuchung von noch kleineren Fischen ermöglicht.
JSATS wurde ursprünglich für das US Army Corps of Engineers entwickelt, um das Verhalten und Überleben von jungen Lachsen zu untersuchen, die an Dämmen vorbeiziehen. Es wurde seitdem zur Untersuchung zahlreicher Fischarten weltweit eingesetzt. Es kann den Standort eines Fisches mit einer Genauigkeit von einem Meter erkennen und verfolgen.
„Sie können die Bewegung der Fische studieren, bevor sie durch den Damm gehen“, erklärte Martinez. „Man kann herausfinden, ob es direkt durch den Damm schwimmt oder am Ufer entlang versucht, sich zurechtzufinden, oder ob es die meiste Zeit auf der einen oder anderen Seite des Damms verbringt. Man kann sehen, wie tief oder flach der Fische schwimmen oder wie lange sie beim Versuch, durch den Damm zu gehen, aufgehalten werden.“
Das Tag ist derzeit im Handel erhältlich von Advanced Telemetry Systems.
Visualisierung von Fischpassagen in 3D mit HBET
Die Daten wurden 2015 im Rahmen einer Feldstudie erhoben, um die Wirkung des neu miniaturisierten JSATS auf die Fische zu evaluieren. Fast 700 halbjährige Chinook-Lachse wurden mit dem injizierbaren Sender markiert und stromaufwärts des Little Goose Dam am Snake River im US-Bundesstaat Washington ausgesetzt.
Dann setzte PNNL verkabelte JSATS-Akustikempfänger-Arrays am Little Goose Dam und am Lower Monumental Dam ein, um eine 3D-Verfolgung zu ermöglichen, die die Zuordnung der Passageroute durch den Damm für jeden der markierten Fische erleichtert. Zusätzlich zu den verkabelten Empfänger-Arrays wurden mehrere autonome JSATS-Empfänger-Arrays in frei fließenden Abschnitten der Flüsse Snake und Columbia eingesetzt, um die Überlebensrate der jungen Lachse auf ihrem Weg zum Pazifischen Ozean abzuschätzen.
„Für andere wäre es eine Herausforderung, diese Art von Daten ohne große Kosten zu generieren“, sagte Martinez.
Aber das ist nicht das Einzige, was diese Daten wertvoll macht, sagt Hongfei Hong, Software-Ingenieur bei PNNL.
Mehr als 5 Millionen Detektionen wurden in das Hydropower Biological Evaluation Toolset importiert (HBET), um mehr als 400.000 3D-Positionen von markierten Fischen zu generieren.
HBET wurde ursprünglich entwickelt, um gesammelte Daten zu analysieren Sensorfischein kleines autonomes Gerät, das mehrere Sensoren verwendet, um die physikalischen Stressoren wie Beschleunigung, Druck, Rotationsgeschwindigkeit und Ausrichtung zu messen, die Fische beim Durchqueren und um Dämme herum erleben.
Im Jahr 2019 wurde HBET um akustische Telemetriefunktionen erweitert, sodass Forscher die physische Umgebung mit dem biologischen Verhalten der Fische korrelieren können.
Als Teil der Datensatzfreigabe fügte das Team auch den Quellcode hinzu, der zur Visualisierung von Daten in HBET erforderlich ist.
Jayson Martinez et al, Ein großer Datensatz zur Erkennung und submetergenauen 3-D-Flugbahnen von juvenilen Chinook-Lachs, Wissenschaftliche Daten (2021). DOI: 10.1038/s41597-021-00992-x