深海覆盖了地球表面的大部分区域，其极端的高压、黑暗以及热液喷口区域剧烈变化的环境条件，使深海动物展现出丰富而复杂的行为模式。随着深海原位观测技术的发展，大量长期视频数据为研究深海动物的运动行为及其环境响应提供了重要资料。如何从这些长期观测数据中有效获取动物行为信息，成为深入认识深海生态系统动态的重要问题。近日，中国海洋大学海洋生物多样性与进化研究所孙进教授团队在美国海洋与湖沼学会刊物 Limnology and Oceanography: Methods 杂志发表题为 “Deep learning to monitor the deep sea: A category-oriented automated framework for quantifying animal behavior at hydrothermal vents（深度学习用于深海监测：一个面向类别的自动化框架，用于量化热液喷口处动物行为）” 的研究成果。
前期研究中，孙进教授团队已发现深海热液盲虾 Rimicaris leurokolos 的时间序列基因表达具有 12.4 小时的潮汐节律 [1]，提示潮汐可能是驱动深海热液动物生理活动的重要环境因素。另一方面，深海原位观测站积累了大量连续多年的动物影像数据，但依靠人工逐帧观察和标注，不仅耗时耗力，也难以从海量视频中长期、系统地提取动物的运动轨迹和行为节律。因此，如何利用现有深海观测视频，以自动化方法量化动物行为，并进一步验证其潜在的潮汐节律，成为本研究希望解决的关键问题。
为此，孙进教授团队利用 EMSO-Azores 深海观测站在大西洋中脊 Lucky Strike 喷口场获取的长达15年的视频数据 [2]，构建了“检测—跟踪—行为分析”的自动化框架。研究根据动物的运动特征，将研究对象划分为固着型、简单移动型和复杂移动型三类，分别以深海贻贝、阿尔文虾和喷口蟹为代表，并分别采用匈牙利算法、BoT-SORT 和 DeepSORT 进行跟踪，进一步结合人工标注对结果进行验证，从而实现对深海动物运动状态、空间分布和时间节律的自动化分析。
图1 该流程技术路线图
核心研究发现如下：研究发现，深海贻贝存在明显的日尺度位移，自动分析结果与人工标注具有较高一致性；BoT-SORT 在阿尔文虾跟踪中取得 HOTA=0.955、身份切换率仅 0.012% 的表现，阿尔文虾的活动与热液羽流的空间分布密切相关，靠近热液活动区域时运动更加活跃，同时其运动时间序列中存在与半月潮周期相吻合的潜在节律信号，拟合周期约为 14.88 天；此外，DeepSORT 在喷口蟹跟踪中取得 HOTA=0.726、MOTA=0.973 和 IDF1=0.985，其中 HOTA 反映整体跟踪的准确程度，MOTA 反映漏检、误检和身份错误等综合跟踪表现，IDF1 则主要衡量个体身份在连续跟踪中的保持能力。研究发现喷口蟹具有快速位移、疑似逃避反应和翻转等行为事件，表明其可能对局部热液环境变化产生快速行为响应。
图2 热液喷口虾 Mirocaris fortunata 的运动模式与热液喷口的关系
本研究表明，针对不同运动特征的动物采用相应的自动跟踪方法，可以有效将长期深海观测视频转化为可量化的动物行为数据，并进一步用于发现日尺度位移、季节变化和潜在潮汐节律等行为模式。本研究为深海动物行为的长期自动监测提供了新的技术方法，也为利用长期原位观测数据研究动物行为及其对热液环境变化的响应提供了重要参考。
图3 自动检测喷口蟹 Segonzacia mesatlantica 的加速事件
中国海洋大学孙进教授为该论文的通讯作者，中国海洋大学本科生褚菁宜为该论文的第一作者。本研究受到科技部基础资源调查专项（2024FY101000）等项目的资助。
本文第一作者褚菁宜同学
文章链接：http://doi.org/10.1002/lom3.70086
参考文献：
1. Zhang, H., et al., Circatidal control of gene expression in the deep-sea hot vent shrimp Rimicaris leurokolos. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 2025. 292(2040): p. 20242970.
2. Matabos, M., et al., The EMSO-Azores deep-sea observatory: 15 years of multidisciplinary studies of the lucky strike hydrothermal system, from sub-seafloor to the water column. Journal of Sea Research, 2025. 207: p. 102625.
