隐马尔可夫模型揭示绿海龟与棱皮龟的发育可塑性

为什么研究海龟的出行习性很重要

对于那些可以活几十年并横跨大洋的动物来说，准确了解它们随生长阶段如何利用不同地点，对于保护工作至关重要。本研究聚焦于佛罗里达大西洋海岸的绿海龟和棱皮龟，提出了一个看似简单的问题：相同体型的海龟是否总是以相同方式使用相同栖息地？通过用现代分析工具深入挖掘近半世纪的捕获记录，作者发现了海龟在沿海区域探索、定居和通过时的隐藏模式——这些模式在传统以体型划分的类别中大多被忽略。

追踪海龟的一生

保护生物学长期以来常把海龟划分为整齐的生命周期阶段——漂浮在近海的小幼龟、在开阔海域生长的幼年期、以及在浅海沿岸觅食的较大个体与成体。这些阶段通常以体型定义，许多管理计划也假设某一体型的海龟可以对应到特定栖息地和行为。作者用来自佛罗里达东南部圣卢西核电站这一独特地点的47年捕获—重捕数据挑战了这一假设：进入取水管的海龟会被温和地捕捞、测量、打标并放归。近2万次对绿海龟和棱皮龟的捕获事件，使该数据集成为观察个体海龟何时出现、消失及有时返回同一地点的异常长且详尽的窗户。

使用地点的三种隐藏方式

研究者没有从固定的生活阶段出发，而是先让数据“说话”。他们使用了一种叫隐马尔可夫模型的统计工具，它可以从随时间的重复观测中推断出未观测到的“状态”。在这里，模型考察了每只海龟的背甲长度和被捕获的季节时间，然后估计该海龟处于三种潜在状态之一的概率。模型拟合后，作者将这些状态解释为游牧型（很少被检测到，可能在游荡）、定居型（频繁被检测，停留固定地点）和过境型（具有季节性出现，可能是经过）。关键在于，这些并非研究者强加的僵硬类别，而是从数据中浮现并随后赋予生物学意义的模式。

不同物种，不同的灵活性

对绿海龟而言，三种状态大体符合从远洋幼体到沿岸定居者再到更大且更具移动性的个体的逐步转变预期。体型较小的绿海龟更多被归为游牧型，零星出现，可能代表离开远洋后在沿岸探索的幼龟；中等体型的个体大多为定居型，表现出强烈的地点忠诚和频繁的重捕，与长期利用富饶的珊瑚礁和海草床一致；最大的绿海龟则更多为过境型，季节性出现，可能与迁徙或繁殖相关。尽管如此，这些状态的体型范围存在重叠，表明即便是绿海龟也不遵循完全整齐的体型—行为脚本。

棱皮龟打破体型规则

棱皮龟则呈现更为复杂的情况。尽管相同的三种行为状态同样存在，但它们的体型范围重叠更强，体型对个体如何利用该地点的预测能力更弱。相似体型的海龟可能是游牧的漫游者、局部的定居者，或季节性来访者。三状态模型也比更简单的以体型为基础的替代模型更能拟合棱皮龟数据，并捕捉到仅靠体型无法解释的模式，例如某些状态的季节性上升。这支持早期的追踪研究结论：棱皮龟可根据环境条件在留守与广泛迁徙之间转换，而非沿着单一的由体型驱动的路径前进。

以行为为先的思路如何有助于保护

为检验这些隐藏状态是否反映真实的生态差异，作者将其与独立线索进行了比较。模型分类为定居型的海龟更有可能在多年中被重复重捕，这与反复使用同一地区的动物的概念相吻合。相比之下，游牧型和过境型海龟大多只被观察到一次或偶尔被见到，与当地出现率低或间歇性一致。通过将体型、季节和捕获历史结合起来，基于行为的方法比传统与固定体型阈值相关的阶段标签描绘出更丰富且更具弹性的栖息地利用图景。对保护而言，这意味着管理者可以更准确地估计海龟何时真实依赖某栖息地、何时仅为过境，以及随着海洋和海岸线在数十年间变化这些模式如何转变。

引用: Welsh, R.C., Mansfield, K.L. Hidden Markov models reveal ontogenetic plasticity in green and loggerhead sea turtles. Sci Rep 16, 13696 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42842-z

关键词: 海龟, 栖息地利用, 行为状态, 迁徙, 保护