Using dynamic Brownian Bridge Movement Models to identify home range size and movement patterns in king cobras

• DOI: 10.1371/journal.pone.0203449
• Publication Date: 2018-09-18T17:46:25Z
• Authors: Inês Silva; Matthew Crane; Pongthep Suwanwaree; Colin Strine; Matt Goode
• Keywords: 0106 biological sciences; Wildlife Ecology and Conservation Biology; Science; Aesthetics; Models, Biological; Estimator; 01 natural sciences; Range (aeronautics); Engineering; FOS: Mathematics; Animals; Spatial ecology; Biology; Global and Planetary Change; Kernel density estimation; Ecology; Q; Ophiophagus hannah; Statistics; R; Habitat Connectivity; Global Amphibian Declines and Extinctions; Computer science; FOS: Philosophy, ethics and religion; Home range; Habitat; Philosophy; Aerospace engineering; Habitat Selection; FOS: Biological sciences; Environmental Science; Physical Sciences; Medicine; Animal Migration; Ecological Effects of Roads on Wildlife and Habitat Connectivity; Movement (music); Mathematics; Research Article

Home range estimators are a critical component for understanding animal spatial ecology. The choice of home range estimator in spatial ecology studies can significantly influence management and conservation actions, as different methods lead to vastly different interpretations of movement patterns, habitat selection, as well as home range requirements. Reptile studies in particular have struggled to reach a consensus on the appropriate home range estimators to use, and species with cryptic behavior make home range assessment difficult. We applied dynamic Brownian Bridge Movement Models (dBBMMs) to radio-telemetry data from Ophiophagus hannah, a wide-ranging snake species. We used two focal individuals at different life stages (one juvenile male and one adult male) and sought to identify whether the method would accurately represent both their home range and movement patterns. To assess the suitability of dBBMMs, we compared this novel method with traditional home range estimation methods: minimum convex polygons (MCP) and Kernel density estimators (KDE). Both KDE and MCP incorporated higher levels of Type I and Type II errors, which would lead to biases in our understanding of this species space-use and habitat selection. Although these methods identified some general spatial-temporal patterns, dBBMMs were more efficient at detecting movement corridors and accurately representing long-term shelters sites, showing an improvement over methods traditionally favored in reptile studies. The additional flexibility of the dBBMM approach in providing insight into movement patterns can help further improve conservation and management actions. Additionally, our results suggest that dBBMMs may be more widely applicable in studies that rely on VHF telemetry and not limited to studies employing GPS tags.<br/>Los estimadores del alcance del hogar son un componente crítico para comprender la ecología espacial de los animales. La elección del estimador del alcance del hogar en los estudios de ecología espacial puede influir significativamente en las acciones de gestión y conservación, ya que los diferentes métodos conducen a interpretaciones muy diferentes de los patrones de movimiento, la selección del hábitat y los requisitos del alcance del hogar. Los estudios de reptiles en particular han tenido dificultades para llegar a un consenso sobre los estimadores de rango de hogar apropiados para usar, y las especies con comportamiento críptico dificultan la evaluación del rango de hogar. Aplicamos modelos dinámicos de movimiento del puente browniano (dBBMM) a los datos de radiotelemetría de Ophiophagus hannah, una especie de serpiente de amplio alcance. Utilizamos dos individuos focales en diferentes etapas de la vida (un hombre joven y un hombre adulto) y tratamos de identificar si el método representaría con precisión tanto su rango de hogar como sus patrones de movimiento. Para evaluar la idoneidad de los dBBMM, comparamos este nuevo método con los métodos tradicionales de estimación del rango de origen: polígonos convexos mínimos (MCP) y estimadores de densidad del núcleo (KDE). Tanto KDE como MCP incorporaron niveles más altos de errores de Tipo I y Tipo II, lo que llevaría a sesgos en nuestra comprensión del uso del espacio y la selección del hábitat de esta especie. Aunque estos métodos identificaron algunos patrones espaciales-temporales generales, los dBBMM fueron más eficientes para detectar corredores de movimiento y representar con precisión los sitios de refugios a largo plazo, mostrando una mejora sobre los métodos tradicionalmente favorecidos en los estudios de reptiles. La flexibilidad adicional del enfoque dBBMM para proporcionar información sobre los patrones de movimiento puede ayudar a mejorar aún más las acciones de protección y gestión. Además, nuestros resultados sugieren que los dBBMM pueden ser más ampliamente aplicables en estudios que se basan en telemetría VHF y no se limitan a estudios que emplean etiquetas GPS.<br/>تعد تقديرات النطاق المنزلي مكونًا حاسمًا لفهم البيئة المكانية الحيوانية. يمكن أن يؤثر اختيار مقدر النطاق المنزلي في دراسات البيئة المكانية بشكل كبير على إجراءات الإدارة والحفظ، حيث تؤدي الطرق المختلفة إلى تفسيرات مختلفة إلى حد كبير لأنماط الحركة، واختيار الموائل، وكذلك متطلبات النطاق المنزلي. وقد كافحت دراسات الزواحف على وجه الخصوص للتوصل إلى توافق في الآراء بشأن تقديرات النطاق المنزلي المناسبة لاستخدامها، كما أن الأنواع ذات السلوك الخفي تجعل تقييم النطاق المنزلي صعبًا. طبقنا نماذج حركة الجسر البراوني الديناميكية (dBBMMs) على بيانات القياس اللاسلكي من Ophiophagus hannah، وهو نوع ثعبان واسع النطاق. استخدمنا شخصين محوريين في مراحل حياة مختلفة (ذكر حدث ورجل بالغ) وسعينا إلى تحديد ما إذا كانت الطريقة ستمثل بدقة نطاق المنزل وأنماط الحركة. لتقييم مدى ملاءمة dBBMMs، قارنا هذه الطريقة الجديدة مع طرق تقدير النطاق المنزلي التقليدية: الحد الأدنى من المضلعات المحدبة (MCP) ومقدرات كثافة النواة (KDE). أدرجت كل من KDE و MCP مستويات أعلى من الأخطاء من النوع الأول والنوع الثاني، مما قد يؤدي إلى تحيزات في فهمنا لاستخدام مساحة الأنواع واختيار الموائل. على الرغم من أن هذه الأساليب حددت بعض الأنماط المكانية والزمانية العامة، إلا أن dBBMMs كانت أكثر كفاءة في اكتشاف ممرات الحركة وتمثيل مواقع الملاجئ طويلة الأجل بدقة، مما يدل على تحسن في الأساليب المفضلة تقليديًا في دراسات الزواحف. يمكن أن تساعد المرونة الإضافية لنهج dBBMM في توفير نظرة ثاقبة لأنماط الحركة في زيادة تحسين إجراءات الحفظ والإدارة. بالإضافة إلى ذلك، تشير نتائجنا إلى أن dBBMMs قد تكون قابلة للتطبيق على نطاق أوسع في الدراسات التي تعتمد على القياس عن بعد VHF ولا تقتصر على الدراسات التي تستخدم علامات GPS.<br/>Les estimateurs du domaine vital sont un élément essentiel pour comprendre l'écologie spatiale animale. Le choix de l'estimateur de l'aire de répartition dans les études d'écologie spatiale peut influencer de manière significative les actions de gestion et de conservation, car différentes méthodes conduisent à des interprétations très différentes des modèles de mouvement, de la sélection de l'habitat, ainsi que des exigences de l'aire de répartition. Les études sur les reptiles en particulier ont eu du mal à parvenir à un consensus sur les estimateurs de domaine vital appropriés à utiliser, et les espèces ayant un comportement cryptique rendent difficile l'évaluation du domaine vital. Nous avons appliqué des modèles dynamiques de mouvement des ponts browniens (dBBMM) aux données de radiotélémétrie d'Ophiophagus hannah, une espèce de serpent de grande envergure. Nous avons utilisé deux individus focaux à différents stades de la vie (un jeune homme et un homme adulte) et avons cherché à déterminer si la méthode représenterait avec précision à la fois leur domaine vital et leurs schémas de mouvement. Pour évaluer la pertinence des dBBMM, nous avons comparé cette nouvelle méthode avec les méthodes traditionnelles d'estimation du domaine vital : les polygones convexes minimum (MCP) et les estimateurs de densité du noyau (KDE). KDE et MCP ont tous deux incorporé des niveaux plus élevés d'erreurs de type I et de type II, ce qui conduirait à des biais dans notre compréhension de l'utilisation de l'espace et de la sélection de l'habitat de cette espèce. Bien que ces méthodes aient identifié certains modèles spatio-temporels généraux, les dBBMM étaient plus efficaces pour détecter les corridors de mouvement et représenter avec précision les sites d'abris à long terme, montrant une amélioration par rapport aux méthodes traditionnellement privilégiées dans les études sur les reptiles. La flexibilité supplémentaire de l'approche dBBMM pour fournir un aperçu des schémas de mouvement peut aider à améliorer davantage les actions de conservation et de gestion. De plus, nos résultats suggèrent que les dBBMM peuvent être plus largement applicables dans les études qui reposent sur la télémétrie VHF et ne se limitent pas aux études utilisant des balises GPS.<br/>