Behavioural circadian rhythms : a novel approach to monitor sheep in extensive systems and study the differences between beef steers for methane emission, feed efficiency and growth

Abstract

As tecnologias baseadas em sensores estão cada vez mais disponíveis e podem ser usadas para coletar informações detalhadas sobre o comportamento animal. Com esta informação é possível avaliar o ritmo circadiano de variáveis comportamentais e monitorar sua resposta. A identificação de variações na resposta deste ritmo tem o potencial de detectar problemas de saúde e questões de bem-estar animal. O objetivo deste trabalho foi estudar os ritmos circadianos comportamentais como uma nova abordagem para monitorar ovelhas em sistemas extensivos e estudar a emissão de metano, eficiência alimentar e crescimento de novilhos de corte. Este trabalho foi composto por dois experimentos (ovinos e bovinos). Foram utilizados cochos automatizados e sensores de atividade baseados em acelerômetro para coletar informações detalhadas do comportamento ingestivo (bovinos) e do comportamento de atividade (ovinos e bovinos), juntamente com as características de desempenho animal. Estes dados foram utilizados para calcular a percentagem de comportamento cíclico harmônico/sincronizado a cada período de 24 h. Essa porcentagem é chamada de grau de acoplamento funcional (DFC) e é calculada com uso de um período móvel de sete dias. No experimento com ovinos, um total de 29 ovelhas Scottish Blackface foram monitoradas por quatro semanas em cada estação do ano, em sistema extensivo nas terras altas da Escócia. Dados meteorológicos foram coletados diariamente. Modelos estatísticos de regressão com efeito aleatório foram utilizados para avaliar a variação da resposta entre indivíduos. Houve uma forte dinâmica criada pelas estações do ano e pelo ciclo produtivo/fisiológico das ovelhas. Durante a primavera e o verão, o desvio padrão do DFC foi um melhor estimador do ganho de peso quando comparado ao índice de moção. A combinação da análise do DFC e o agrupamento de indivíduos com base em sua resposta às variáveis ambientais oferece potencial para obter informações relevantes para o manejo do rebanho. O experimento de bovinos foi conduzido com duas dietas contrastantes (volumoso: concentrado 8:92 e 50:50) e duas raças (40 mestiços Charolês e 40 Luing). Os padrões diurnos de ingestão e atividade foram altamente sincronizados. O ritmo circadiano da atividade foi importante para explicar as diferentes emissões de metano entre indivíduos, independente da raça ou dieta, e também teve ligação com a eficiência alimentar e o crescimento dos novilhos. Este trabalho mostra a importância dos ritmos circadianos comportamentais e como essas abordagens podem melhorar a qualidade e o significado dos dados provenientes de sensores automatizados.

Sensor-based technologies are becoming increasingly available and can be used to gather detailed information about animal behaviour. With this information it is possible to assess animal behavioural circadian rhythm and monitor its response. Identifying breakdowns of this rhythm has the potential to detect health problems and animal welfare issues. The aim of this work was to study the behavioural circadian rhythms as a novel approach to monitor sheep in extensive systems and to study the differences between beef steers production traits, in methane emission, feed efficiency and growth. This work consisted of two experiments, one dealing with sheep in an extensive system and the other with housed beef steers. Automated feed intake equipment and accelerometer-based activity sensors were used to collect detailed information on feed intake (for cattle) and activity behaviour (for sheep and cattle), alongside animal performance characteristics. These data were used to calculate the percentage of cyclic behaviour that is harmonic/synchronized to each 24 h period as Degree of Functional Coupling (DFC) shown within rolling seven day periods. In the sheep experiment, in total twenty-nine Scottish Blackface ewes were monitored for four consecutive weeks in each season across a full year, in an extensive system on Scottish upland pastures. Weather data were collected daily. Random regression statistical models were used to assess between-individual variation in response to the weather. There was a strong dynamic created by the seasons and by the production and physiological cycle in sheep in these high latitude systems. Over the spring and summer period, the variation in the response of DFC was a better estimator of BWG (Body Weight Gain) than the use of a simple motion index. The combination of circadian rhythm analysis and the clustering of individuals into groups based around their regression response to environmental variables provides considerable potential to glean information relevant for group and individual animal management. The cattle experiment was conducted with two contrasting diets (concentrate-based and mixed diet) and two breeds (40 crossbred Charolais and 40 purebred Luing). The diurnal patterns of feeding and activity behaviours were strong and highly synchronised. Activity rhythmicity was well suited to show up differences between individual methane emissions independent of breed or diet, and it was also well related to important production traits as feed efficiency and growth of beef steers. This work shows the importance of the behavioural circadian rhythms and that these approaches may enhance the quality and meaningfulness of data coming from automated sensors.