Přicházíte k vodě a už několik desítek metrů od rybníka zapínáte tablet. Na tabletu se objeví mapka rybníka, před kterým stojíte, se spoustou různě barevných a velkých bodů. Dnes jdete na štiku, a tak kliknete v tabletu na ikonu štiky a zobrazí se pár bodů kolem břehu. Hned na první pohled vidíte, že jeden velký bod svítí v mapce kousek od vás a víte, že tam na vaši nástrahu čeká kapitální kousek. Ona aplikace totiž ukazuje přesnou polohu a pohyb všech ryb ve vašem oblíbeném rybníku.

Text: Milan Říha, Marek Šmejkal, Vilém Děd, Ivan Jaric, Allan Souza, Mojmír Vašek, Milan Muška, Marie Prchalová, Petr Blabolil, Martin Čech, Vladislav Draštík, Tomáš Jůza, Zuzana Sajdlová, Michal Tušer, Lukáš Vejřík, Ivana Vejříková, Jan Kubečka, Jiří Peterka, foto: Milan Říha, Jiří Peterka, Petr Blabolil

Mnoho rybářů by určitě aspoň občas podobnou aplikaci ocenilo a možná si pokládáte otázku, zda je něco takového možné, nebo zda je to stále jen hudba vzdálené budoucnosti.

Není telemetrie jako telemetrie

Ke sledování pohybu nejen ryb, ale i dalších živočichů, se používá tzv. biotelemetrie. Pozorované zvíře se opatří vysílačkou a jeho pozice je dohledávána přijímačem schopným tuto vysílačku zaměřit. U telemetrie vodních živočichů rozlišujeme několik typů této metody, které se liší typem vysílačky a přijímače.

Příprava přijímačů sloužících k zachycení akustických značek

Ve sladkých vodách se využívá radiová a akustická telemetrie, v oceánech i satelitní telemetrie. Radiová a akustická telemetrie se liší především použitými vysílacími frekvencemi. U radiové telemetrie značka vysílá signály o frekvencích v řádu megahertz, zatímco u akustické metody pouze v řádu desítek až stovek kilohertz. Tyto rozdíly v použité frekvenci mají veliký význam pří šíření signálu ve vodě. Čím má zvuk vyšší frekvenci, tím rychleji je ve vodě zeslabován, a naopak se lépe šíří ve vzduchu.

Radiová vysokofrekvenční telemetrie se tak používá především v mělkých řekách nebo jezerech (ale i při sledování suchozemských zvířat). Anténa k zaměření je nad vodou a ryba může být dohledána i z poměrně velké vzdálenosti (na velkých řekách se používají k dohledávání i letadla). Problém však je, že jakmile se ryba ponoří do větší hloubky, přičemž stačí i pouhých pár metrů, vysílaný zvuk je hodně utlumen a ryba je prakticky nedetekovatelná.

Každý z přijímačů se musí před instalací nastavit a spustit pomocí speciálních programů

Proto se v hlubších vodách (hluboké řeky, jezera, moře) používají nižší frekvence akustické telemetrie. Tyto frekvence se sice špatně šíří vzduchem, např. detekce akustické vysílačky ve vzdušném prostředí je pouze několik metrů a téměř nepronikají přes hladinu (přijímače pro akustickou telemetrii musí být umístěny pod vodou), ale dobře pronikají vodou a vysílačky mohou být zaměřeny i do hloubek desítek či stovek metrů.

Satelitní telemetrie naproti tomu využívá komunikaci vysílačky se satelitem. Zde se používají buď vysílače, které vyšlou informace o pozici přes satelit, když jsou blízko hladiny (komunikace se satelitem není možná z větších hloubek). Tyto vysílače se využívají především ke sledování žraloků nebo kytovců, kteří se čas od času k hladině vynoří. Anebo existuje druhý typ satelitních vysílaček, což jsou tzv. pop-up vysílačky. Tyto vysílačky po určitou dobu zaznamenávají údaje o rybě (např. hloubka, teplota a slanost prostředí atd.) a ukládají je do interní paměti a po určité době je speciální mechanizmus oddělí od ryby, vysílačky vyplavou na hladinu a začnou vysílat satelitní signál o své pozici. Biologové je pak mohou dohledat a získat z nich naměřené údaje. Tyto vysílačky byly například s úspěchem využity ke sledování oceánské migrace úhořů na trdliště (viz článek Po stopách úhoře říčního. Moderní technologie a migrační chování z Rybářství 9/2019).

Instalace přijímačů do jezera Milada

Na velikosti ryby záleží

Telemetrické vysílačky se většinou umísťují na hřbet ryby nebo do břišní dutiny. Doba, po kterou je vysílačka schopná vysílat závisí na mnoha faktorech. Zjednodušeně lze říct, že čím větší značka je, tím více je prostoru pro zdroj energie a tím vyšší i její životnost. Bylo by tak ideální používat velké značky s dlouhou životnosti (v současnosti i řadu let). To je však možné pouze u velkých ryb, které velké vysílačky mohu unést, aniž by to ovlivňovalo jejich chování a přežívání. Čím menší ryby chceme pozorovat, tím menší značky můžeme používat a tím se krátí i náš čas pozorování.

Instalovaný přijímač zachycující signály ze značených ryb

Pří výběru značek dochází ke kompromisu mezi životností značky a délkou značené ryby. V současnosti jsou však na trhu i značky o velikosti 25 mm, což dovoluje značit i ryby od velikosti několika centimetrů (i když životnost značky je pak v řádech několika týdnů či měsíců).

Velkým současným vylepšení značek je nejen jejich neustálá miniaturizace, ale i možnost vybavit je dalšími senzory jako například měření hloubky, teploty, směru plavání, srdečního rytmu nebo detekce pozření dravcem. Díky těmto senzorům můžeme měřit i parametry prostředí, ve kterém značená ryba je a lépe vysvětlit její chování nebo například přesně určit, kdy a kde byla pozřena predátorem.

Akustická značka

Jak získat pozici ryby?

Telemetrické sledování ryb bylo v dřívějších dobách poměrně náročnou disciplínou výzkumu ryb, a to jak finančně, tak i časově. V minulosti byly v podstatě dva způsoby, jak zaměřit značené ryby. První bylo zaznamenávání ryby při průplavu určitým místem, kde byla umístěna zaměřovací stanice. Tento způsob se často využíval na řekách při pravidelných migracích. Příkladem může být sledování migrujících lososů, které sloužilo k výzkumu rychlosti jejich migrace a úspěšnosti zdolávání překážek. Při tomto způsobu pozorování byla však k dispozici pouze informace, kdy a jaká ryba proplula určitým místem.

Pro přesnější informace o lokaci a chování značené ryby bylo třeba rybu přímo dohledat. Přesné zaměření se provádělo ručně a vyžadovalo velké úsilí; výzkumníci museli strávit spoustu času pronásledováním ryb, a to nejen na lodi, ale i pěšky, na lyžích či letadlem. Navíc mnohdy bylo obtížné nebo nemožné zaměřit více jedinců najednou, a tak byla telemetrická data často omezena na několik málo jedinců zaměřených maximálně několikrát za den s velkými časovými mezerami. I přesnost zaměření nebyla velká a odchylky v lokaci značeného zvířete mohly být poměrně značné. S nástupem nových technologií však začínají některé tyto nevýhody mizet a telemetrická sledování nám mohou ukázat velice detailně, co se pod vodou děje.

Přijímače pro akustickou telemetrii

Vývoj v telemetrii šel směrem k automatizaci zaměření pozice tak, aby byla vysílačka v rybě zaměřena bez nutnosti přímého zaměření člověkem. Jednak byl vývoj směřován k využití již zmiňovaných satelitních vysílačů a dále se začátkem tisíciletí začaly objevovat tzv. poziční telemetrické systémy. Tyto systémy jsou navrženy tak, aby v jejich dosahu detekovaly vysílačku, zaměřily její pozici, získaly data ze senzorů, a to zcela automaticky bez nutnosti obsluhy a pokaždé, když vysílačka v jejich dosahu vyšle signál.

V současnosti jsou vysílačky často programovány, aby vyslaly signál několikrát do minuty, což při správné funkci pozičního systému umožňuje stejně často zjistit i lokaci označené ryby. Tyto systémy tak dokáží monitorovat pohyb ryby v dosud nevídaném detailu, můžeme získat 3D pozici značené ryby každých pár sekund s přesností v řádu desítek centimetrů. Základem pozičních systémů je pravidelná síť přijímačů, které se svým detekčním rozsahem překrývají a u nichž známe jejich přesnou pozici. Značka musí být detekovatelná v této síti najednou aspoň třemi přijímači a pomocí tzv. triangulace* je pak zaměřena její přesná pozice.

Implantace značek. Nejprve jsou ryby uspány v anestetické lázni (v popředí), poté je jim implantována značka do břišní dutiny (v pozadí)

Zpočátku byly poziční systémy omezeny na několik málo přijímačů v síti, protože byl potřeba značný výpočetní výkon k synchronizaci celé sítě a výpočtům pozic. V současnosti však tato omezení odpadla a je možné do sítě propojit i několik stovek přijímačů a pokrýt tak vodní plochy i o velikosti stovek hektarů. Ty jsou schopny sledovat i stovky značených ryb najednou.

Trnitá cesta k vysněné aplikaci?

V Biologickém centru AVČR jsme začali s využíváním pozičních systémů v roce 2015. Prozatím jsme je instalovali na třech nádržích, kde jsme označili kolem čtyř stovek jedinců patřících k osmi druhům ryb, které jsme na každé nádrži sledovali po řadu měsíců. Zkušenosti z tohoto pozorování nám ukázaly obrovský potenciál této metody. Poprvé jsme byli schopní sledovat přesný pohyb značených ryb a vidět, co se opravdu pod hladinou děje – kdy jsou ryby aktivní, kde hledají potravu nebo odpočívají. Údaje nám ale také ukázaly, jaká obrovská výzva tato data představují. Aplikace těchto pokročilých metod totiž není jednoduchá a především vyhodnocení údajů je velice náročné. Dříve byly k dispozici stovky až tisíce údajů o pozicích ryb, dnes díky těmto systémům pracujeme s desítkami až stovkami milionů pozic, které musí být propojené s údaji o prostředí a o rybách samotných.

Příklad výsledků. Hloubkový pohyb perlína ostrobřichého, během tří dnu v červenci roku 2015 na jezeře Milada. Je patrná velká diurnální změna v preferenci jednotlivých hloubek.

Úspěšná telemetrická skupina tak dnes musí sestávat nejen z biologů a techniků, ale i z datových analytiků, správců počítačových databází a odborníků na složité statistické analýzy. Aplikace těchto systémů se v současnosti obrovským tempem rozšiřuje. Jsou využívány nejen k obecnému pochopení chování ryb, ale i ke sledování pohybu ryb v blízkosti jezů, turbín a dalších překážek a následně k vylepšování jejich designu a lepší ochraně ryb.

Zkušenost dánských kolegů však ukazuje, že využití této technologie může být rozličné. Před několika měsíci s velkým očekáváním zahájili projekt s náklady několika milionů korun, během něhož na několikahektarovém jezeru v Dánsku opatřeném pozičním systémem mapovali pohyb dvaceti označených jedinců štik. Po náročném sledování a vyhodnocování dat se těšili, že budou moci poprvé zjistit pohyb štik v jezeru. Avšak brzy zjistili, že s daty je něco špatně. Štika, zobrazená na počítači jako tečka, plavala v jezeře a najednou vystoupila na souš a zmizela. Za ní následovala druhá, třetí… jedenáctá. Vědci nechápali, co se děje, a tak uspořádali výpravu a zpovzdálí sledovali inkriminované místo. Příčina mizení štik na sebe nenechala dlouho čekat. K večeru se k místu dostavil postarší rybář nesoucí židličku, dva pruty a kbelík s nástražními rybkami. Zákaz lovu ryb na jezeře ho zjevně neodradil.

Příklad výsledků. Pohyb tří jedinců štiky obecné na jezeře Most během jednoho týdne v srpnu 2015. Každý z těchto jedinců měl jiný způsob využití prostoru. Jedinec 2 je sedentární (zdržující se na jednom místě), jedinec 3 byl velice aktivní a proplaval prakticky celou nádrž a jedinec 1 proplaval pouze část nádrže, ale prováděl velice hluboké ponory

Rozvoj v této oblasti výzkumu jde poměrně rychle kupředu a její největší limitací je prozatím velká finanční náročnost a i poměrně náročné zpracování dat. Kdybychom však měli odpovědět na otázku, zda je možné s tabletem přijít k vodě a pozorovat, kde plave váš oblíbený kapr či štika, odpověď zní, že současné technologie by takové sledování již umožňovaly.

Příklad výsledků. Zobrazení pohybu sumců na nádrži Milada v noci 15. července 2015, a to v horizontální i vertikální rovině

V příštím díle seriálu Rybám na stopě si představíme první výsledky z výzkumu chování dravců sledovaných pozičním systémem. Prozatím se mohou zájemci podívat na zajímavý projekt německých kolegů používajících tuto technologii (facebook.com/IFishMan), kteří mapovali pohyb různých druhů ryb na malém jezeře a každý měsíc v roce ho představili veřejnosti.

*Triangulace je provedena algoritmem porovnávajícím rozdíly v časech detekce signálu ze značky na minimálně třech přijímačích. Každý z přijímačů detekuje signál z vysílačky v jiný časový okamžik, rozdíl v čase detekce je přepočítán na rozdíl ve vzdálenosti dané značky od přijímačů (díky známé rychlosti šíření zvuku ve vodě). Porovnáním těchto vzdáleností mezi přijímači, které značku detekovaly, vznikne oblast s nejvyšší pravděpodobnosti výskytu značky.

Líbil se vám článek? Časopis Rybářství si pro sebe nebo jako dárek k Vánocům můžete předplatit zde.