Herramientas innovadoras aplicadas al monitoreo de poblaciones en el entorno de un Área Marina Protegida: inteligencia artificial, GENética y Telemetría ACústica (iGENTAC)

Temática: 
Eje 4. Áreas protegidas
Objetivos: 

El objetivo global del proyecto iGENTAC es el desarrollo de herramientas innovadoras, basadas en técnicas de muestreo minimamente invasivas, para la implantación de programas de monitoreo de especies costeras en un área marina protegida. Se utilizarán i) técnicas de inteligencia artificial (IA), como Machine Learning/Deep Learning y usadas con éxito en el proyecto SICAPTOR, para la foto-identificación de ejemplares de especies con rasgos externos variables entre individuos y ii) métodos de genotipado molecular basado en el uso de microsatélites con muestras de tejido en especies donde las técnicas de reconocimiento de imagen no sean aplicables y para validar los resultados obtenido mediante inteligencia artificial. Las técnicas de telemetría acústica (TA), aplicadas en TAC y DESTAC, servirán de método control para testar los resultados de los modelos de marcaje recaptura obtenidas a partir de i) e ii).

En iGENTAC Se han establecido una serie objetivos específicos para determinar el grado de avance del proyecto:

OE1: Desarrollo de técnicas de inteligencia artificial (IA) para la foto-identificación de individuos e implementación de un sistema de captura-marcado-recaptura (CMR).
Los sistemas de marcaje-recaptura mediante foto-identificación son una forma efectiva, rápida, económica y no invasiva de estudiar poblaciones, identificando y siguiendo individuos en el tiempo y el espacio. Sin embargo, la aplicación de CMR mediante foto-identificación depende de que los individuos puedan ser fotografiados en diferentes condiciones y que los organismos estudiados posean un rasgo fenotípico reconocible pero estable el tiempo. Por este motivo se ha elegido la raya mosaico, Raja undulata, como especie objetivo para desarrollar y testar el sistema, ya que presenta una patrón de coloración muy reconocible y fácil de capturar mediante fotografías ya sea en su medio natural o una vez capturado. La consecución del OE1 requiere del desarrollo de campañas de recopilación de fotografías que permitan crear una base de datos de imágenes digitales que alimenten los algoritmos de reconocimiento utilizados para discriminar entre individuos (Actividad 1). Pero además se llevarán a cabo campañas para asegurar un número mínimo de recapturas que pongan a prueba los algoritmos de reconocimiento. Se realizarán diferentes tipos de campaña (buceo, pesca) para probar el sistema en diferentes condiciones. La experiencia obtenida por el grupo de Ingeniería de procesos del IIM-CSIC, parte integrante del actual equipo investigador, durante el desarrollo del proyecto SICAPTOR (pleamar 2018) será inestimable y es una garantía para la viabilidad de este objetivo. Este grupo será el encargado de la puesta a punto del sistema de reconocimiento individual basado en inteligencia artificial (Actividad 2).

OE2: Desarrollo de marcadores moleculares para identificar ejemplares de forma individual que permitan implementar un CMR basado en genética.
Métodos de muestreo mínimamente invasivos de diferentes tejidos pueden ser utilizados para identificar individuos por medio de técnicas genéticas, eliminando la necesidad de marcar individuos físicamente, como se realiza tradicionalmente. Las técnicas de identificación molecular se están usando de forma rutinaria en la monitorización de especies en peligro de extinción, poco abundantes o especies invasoras, entre otras. Sin embargo, en este proyecto el marcado genético se plantea como alternativa para aquellas especies que no disponen de ningún rasgo fenotípico claramente reconocible a partir de fotografías. Para este objetivo particular se plantea trabajar con una especie abundante y altamente residente con patrones de movimiento limitados como la maragota/pinto, Labrus bergylta. De forma paralela, este objetivo servirá como validación de los resultados obtenidos para Raja undulata en el

OE1. Las mismas campañas diseñadas para el OE1 serán empleadas para la recogida de muestras de tejidos para el presente OE2 (Actividad 1). Será el Servicio de Historia Vital del IIM-CSIC, del catálogo de servicios tecnológicos del CSIC (Código CSIC 824943), el encargado del desarrollo y genotipado de marcadores moleculares microsatélites para la identificación individual y los estudios de parentesco cercano-marcaje-recaptura (Actividad 3).

OE3: Estimación de parámetros poblacionales y actividad espacial de las especies objetivo mediante modelos de CMR aplicados a los datos obtenidos en el OE1 y OE2.
La mayoría de los diseños para estudios de captura-marcado-recaptura necesitan mucha información y, a menudo, los equipos de investigación no pueden aprovecharlos al máximo debido al costo y la dificultad de obtener muestras suficientes (pocos individuos marcados o pocas recapturas obtenidas). Por lo tanto, los innovadores sistemas de marcado-recaptura propuestos en el OE1 y OE2 permitirán obtener tamaños de muestra más grandes en comparación con los métodos convencionales. Estos datos alimentarán modelos de captura-recaptura espacialmente explícitos (SCR) para estimar simultáneamente los parámetros de la población y la actividad individual de las especies objeto de estudio (Actividad 4). Para la Actividad 4 se contará con la colaboración del Dr. Albert Fernández Chacón, investigador en el Center For Coastal Research (CCR) de la Universidad de Agder (UiA), Kristiansand, Norway. El objetivo de estos modelos es obtener parámetros como densidad, supervivencia e inmigración, mortalidad natural y emigración, así como el área de actividad y la posición de los centros de actividad para evaluar su distribución espacial y ocupación en la zona de estudio. Tal y como se indica en el OE1 y OE2 se llevarán a cabo varias campañas que aseguren un número mínimo de recapturas que permitan aplicar los modelos de captura-recaptura (Actividad 1).

OE4: Comparación y evaluación de los resultados del OE3 usando la red de monitoreo de telemetría acústica como método control.
Las técnicas de telemetría acústica empleadas durante la ejecución del proyecto TAC y actualmente en el proyecto DESTAC, suponen una inestimable fuente de información para comparar los resultados de los parámetros obtenidos en el OE3. Una vez acabadas las tareas de mantenimiento de la red de monitoreo acústico diseñada en los proyectos TAC y DESTAC (Actividad 5), se marcarán con emisores acústicos individuos de las especies objetivo dentro de esta red de monitoreo (Actividad 6) y se analizarán sus patrones de comportamiento y actividad que se compararán con los parámetros de actividad individual y tasas vitales obtenidos en el OE3 (Actividad 7). Es importante señalar que cada uno de los métodos de monitoreo planteados en el proyecto (inteligencia artificial, genética, telemetría acústica) tienen diferencias tanto de resolución como de cobertura espacio-temporal, por eso la comparación de los métodos planteada en este OE es de vital importancia para adaptar posibles planes de monitoreo a los objetivos específicos de los mismos.

OE5: Proporcionar asesoramiento en el diseño e implantación de planes de monitoreo de poblaciones de organismos marinos en un AMP.
El proyecto cuenta con la colaboración del organismo de parques nacionales del PNMTIAG. Contar con la colaboración del organismo gestor del AMP es un requisito esencial para que la transferencia de conocimiento sea eficaz y práctica. Es por eso que se llevarán a cabo jornadas informativas para facilitar la transferencia de los resultados del proyecto; así como para recibir el retorno de información necesaria por parte de los gestores del AMP y asegurar una transferencia efectiva (Actividad 8).

OE6: Difusión del papel de las AMPs en la gestión de ecosistemas costeros y fomentar la participación de los usuarios en los planes de monitoreo.
La comunicación supone un elemento clave de iGENTAC y comprende un OE concreto del proyecto. La campaña de recolección de datos en forma de fotografías supone una oportunidad de involucrar al público en general en la recogida de datos en acciones de ciencia ciudadana, consiguiendo así una comunicación más directa y eficaz de los objetivos al público general. Para ello se llevarán a cabo acciones concretas destinadas a que el público general pueda aportar sus observaciones a la base de datos del OE1 (Actividad 9). Además, se hará difusión del papel de la investigación desarrollada en iGENTAC y su importancia en la sostenibilidad de los recursos marinos, de la gestión de las AMPs y del cumplimiento de la normativa de descartes. Se hará mención expresa a las fuentes de financiación. El plan de comunicación incluye varias acciones: publicación en webs y redes sociales, participación en jornadas de divulgación y centros escolares, y notas de prensa (Actividad 9). Por último, llevará a cabo un seminario en las instalaciones del IIM-CSIC con la conclusiones del proyecto (Actividad 10).

Descripción: 

En resumen, de la sinergia entre estos proyectos (TAC, DESTAC y SICAPTOR) y considerando la potencialidad de las técnicas genéticas en ecología, se plantea un nuevo proyecto, iGENTAC, que incorporará herramientas basadas en la i) inteligencia artificial, ii) genética y iii) biotelemetría para el monitoreo de poblaciones salvajes en AMPs en ecosistemas costeros. Dentro del Eje 4 de la convocatoria, en el proyecto se trabajará en el desarrollo y aplicación de técnicas de marcaje-recaptura no invasivas que puedan ser incorporadas en planes de monitoreo de poblaciones de organismos marinos en AMPs. Los datos recopilados con estos sistemas innovadores de marcaje-recaptura serán fuente de información para estimar parámetros poblacionales y de actividad espacial individuales mediante modelos de captura-recaptura espacialmente explícitos. Se compararán los resultados usando los tres enfoques metodológicos propuestos y se transferirá el conocimiento en forma de asesoramiento a los organismos gestores del AMP objeto de estudio (Parque Nacional Marítimo Terrestre das Illas Atlánticas de Galicia, PNMTIAG) para implementación o mejora de los planes de monitoreo y gestión. A su vez el proyecto iGENTA contribuirá al Eje 1, mediante el desarrollo de las herramientas mínimamente invasivas de marcado-recaptura que serán potencialmente aplicables a estudios de supervivencia de los descartes de especies comerciales.

Convocatoria de subvenciones: 
2020
Estado: 
Abierto
Año de inicio: 
2020
Año de finalización: 
2021
Ámbito de actuación: 
Galicia
Entidades colaboradoras: 

Parque Nacional Marítimo Terrestre das Illas Atlánticas de Galicia (PNMTIAG)