入侵的捕食者可以破壞生態(tài)系統(tǒng)。事實(shí)上，滅絕的一個(gè)主要原因是將捕食者引入孤島系統(tǒng)，如島嶼或湖泊。據(jù)普林斯頓大學(xué)羅伯特普林格爾領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國(guó)際研究小組稱，破壞通常歸咎于捕食者的飲食選擇，但有時(shí)關(guān)鍵在于獵物動(dòng)物的反應(yīng)。

“如果不了解獵物的行為，你真的無(wú)法理解捕食者與獵物之間的相互作用 - 或者捕食者將如何影響生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)，”生態(tài)與進(jìn)化生物學(xué)副教授普林格爾說(shuō)。“獵物改變行為以避免被吃掉的方式是難以預(yù)測(cè)的，但如果不了解它，就無(wú)法預(yù)測(cè)任何其他東西。生態(tài)學(xué)中的大多數(shù)理論都只是假設(shè)食肉動(dòng)物吃獵物，故事結(jié)束。真實(shí)世界變得更加復(fù)雜。但它并不復(fù)雜，我們無(wú)法深究它。“

共同作者，加拿大魁北克蒙特利爾麥吉爾大學(xué)生物多樣性科學(xué)研究主任羅恩巴雷特指出，這個(gè)問(wèn)題正在迅速變得更加緊迫。“人類活動(dòng)正在增加新捕食者被引入以前孤立的生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)生，”他說(shuō)。“我們的工作表明，這些捕食者入侵生物多樣性的后果可能很大程度上取決于獵物行為的變化，這些變化改變了獵物物種利用其環(huán)境的方式。”

為了解決這個(gè)問(wèn)題，該團(tuán)隊(duì)使用了三種蜥蜴：一種捕食者，卷尾蜥蜴Leiocephalus carinatus，以及兩種獵物，綠色anoles(Anolis smaragdinus)和褐色anoles(Anolis sagrei)。他們的結(jié)果出現(xiàn)在6月6日的“自然”雜志上。

研究人員前往巴哈馬的16個(gè)小島嶼，他們將其用作實(shí)驗(yàn)生態(tài)系統(tǒng)。所有16種都建立了褐色的anoles，研究人員分別或組合地引入了另外兩種蜥蜴。

“在生態(tài)學(xué)中，能夠操縱整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)是如此罕見 - 這些小島有點(diǎn)像大型海洋培養(yǎng)皿，使我們能夠進(jìn)行真正緊密且引人注目的實(shí)驗(yàn)，”普林格說(shuō)。“在大多數(shù)地方都不可能做到這一點(diǎn)。”

研究人員發(fā)現(xiàn)，在沒(méi)有食肉動(dòng)物的情況下，兩種anole物種共存良好，樹木中的綠色anoles和靠近地面的棕色anoles。這兩個(gè)物種競(jìng)爭(zhēng)昆蟲，但競(jìng)爭(zhēng)“并不嚴(yán)重”，普林格說(shuō)。但當(dāng)團(tuán)隊(duì)介紹卷尾掠食者時(shí)，棕色的anoles逃到了樹上，那些矮胖的地棲蜥蜴無(wú)法跟隨。這加劇了兩種獵物物種之間的空間和食物競(jìng)爭(zhēng)，這破壞了它們共存的能力。結(jié)果表明，當(dāng)獵物通過(guò)改變它們的行為可以快速響應(yīng)捕食者的存在時(shí)，捕食者通常可能會(huì)降低獵物物種共存的能力。

“我們研究的關(guān)鍵影響之一是，捕食者從掠食者那里獲得的避難所的大小對(duì)于確保獵物不會(huì)滅絕非常重要，”Todd Palmer說(shuō)，他是大學(xué)的共同第一作者。佛羅里達(dá)。“如果沒(méi)有足夠的空間讓獵物沒(méi)有經(jīng)常被吃掉的風(fēng)險(xiǎn)，就必須給予一些東西，那就是當(dāng)我們看到物種消失的時(shí)候。一些最近的災(zāi)難性物種滅絕的例子，比如真的崩潰了非洲大湖中不同種類的魚類可能已經(jīng)發(fā)生，部分原因是這些生態(tài)系統(tǒng)中沒(méi)有足夠的安全空間。因此，我們的研究結(jié)果不僅為我們提供了一些關(guān)于如何管理未來(lái)捕食者引進(jìn)的線索，

這項(xiàng)研究“為經(jīng)典生態(tài)學(xué)理論提供了一個(gè)美麗的反例，”東京大學(xué)的理論生態(tài)學(xué)家Gaku Takimoto說(shuō)，他沒(méi)有參與這項(xiàng)研究。“從理論上講，捕食通過(guò)粉碎優(yōu)勢(shì)競(jìng)爭(zhēng)者和與劣勢(shì)競(jìng)爭(zhēng)者站在一起促進(jìn)了競(jìng)爭(zhēng)獵物物種的共存，但他們的實(shí)驗(yàn)表明，捕食的風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)致優(yōu)勢(shì)競(jìng)爭(zhēng)者將其棲息地轉(zhuǎn)移到篡奪弱勢(shì)競(jìng)爭(zhēng)者并摧毀他們的共存。”

科學(xué)家們?cè)缇椭?ldquo;重要的掠食者”對(duì)于健康的生態(tài)系統(tǒng)有多么重要。根據(jù)關(guān)鍵的捕食者理論，頂級(jí)捕食者可以防止任何一種獵物物種變得過(guò)于豐富并且與所有其他獵物物種競(jìng)爭(zhēng)，這通常應(yīng)該在食物鏈的低水平上增加物種的多樣性。雖然這項(xiàng)研究沒(méi)有推翻這一概念，但它確實(shí)強(qiáng)調(diào)了具有頂級(jí)捕食者的生態(tài)系統(tǒng)不一定比沒(méi)有頂級(jí)捕食者的生態(tài)系統(tǒng)更加多樣化。

“捕食者可以減少獵物種類的多樣性，”普林格爾說(shuō)。“那不是'好'，而且不是'壞' - 它就是它。對(duì)我來(lái)說(shuō)重要的是我們了解掠食者如何以及為什么會(huì)產(chǎn)生影響，以便我們可以預(yù)測(cè)當(dāng)發(fā)生時(shí)會(huì)發(fā)生什么生態(tài)系統(tǒng)通過(guò)入侵獲得新的捕食者，或者當(dāng)他們通過(guò)滅絕失去現(xiàn)有的捕食者時(shí)。這正是我們的研究旨在做的事情。這不是道德游戲。沒(méi)有善惡，沒(méi)有邪惡。我們只是想弄清楚生物學(xué)。“

科學(xué)家仍然不完全了解掠食者對(duì)居民捕食物種的影響。當(dāng)然，在某些情況下，引入捕食者可以通過(guò)簡(jiǎn)單地吃它們來(lái)摧毀獵物種群。但是獵物也可以通過(guò)降低它們被吃掉的可能性的方式對(duì)掠食者做出反應(yīng) - 就像躲在樹上一樣，就像棕色的肛門一樣。在那里，捕食的風(fēng)險(xiǎn)很低，但隨后這些地區(qū)變得擁擠，競(jìng)爭(zhēng)變得激烈。這導(dǎo)致了與經(jīng)典的基石捕食情景相反的結(jié)果;Pringle的團(tuán)隊(duì)稱之為“避難競(jìng)賽”。

“經(jīng)過(guò)六年的人口監(jiān)測(cè)，我們發(fā)現(xiàn)卷尾蜥蜴通過(guò)迫使棕色和綠色的羚羊分享同樣的無(wú)捕食者的避難所并加劇它們之間的競(jìng)爭(zhēng)而破壞了競(jìng)爭(zhēng)獵物物種的共存，導(dǎo)致一些種群的滅絕， “麥吉爾的巴雷特說(shuō)。因此，他們的結(jié)果挑戰(zhàn)了基石 - 捕食假說(shuō)的普遍性，并支持這種環(huán)境中的避難競(jìng)爭(zhēng)假設(shè)，他說(shuō)。

研究人員希望比簡(jiǎn)單的人口調(diào)查深入挖掘，因此他們對(duì)來(lái)自每種蜥蜴物種的糞便樣本進(jìn)行了DNA元編碼，以分析他們的飲食。DNA metabarcoding是一種強(qiáng)大的工具，利用糞便DNA的短片段來(lái)識(shí)別捕食者食用的獵物，展示了蜥蜴物種如何在島上競(jìng)爭(zhēng)食物。研究人員還使用穩(wěn)定同位素分析來(lái)分析實(shí)驗(yàn)處理如何影響島嶼上食物鏈的長(zhǎng)度以及食物鏈中每個(gè)物種的位置。

普林格爾說(shuō)，總而言之，這些技術(shù)使研究人員能夠更深入地了解他們的研究結(jié)果。“很多時(shí)候，你會(huì)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)并獲得一些結(jié)果，但你不一定能理解為什么你會(huì)得到這些結(jié)果 - 你可能有一個(gè)最好的猜測(cè)或一個(gè)有利的假設(shè)，但它往往有點(diǎn)曖昧，“他說(shuō)。“長(zhǎng)期以來(lái)，我的目標(biāo)是將DNA元代碼編碼等新技術(shù)與泥濘的田野實(shí)驗(yàn)等現(xiàn)有技術(shù)相結(jié)合，以便更深入地了解機(jī)制。在這項(xiàng)研究中，我們真的在課程中將所有這些元素融合在一起為期六年的實(shí)驗(yàn)，這非常令人滿意。“

Pringle與他現(xiàn)在在布朗大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室的前博士后Tyler Kartzinel以及佛羅里達(dá)大學(xué)的Todd Palmer共同擔(dān)任首席作者。普林斯頓大學(xué)的其他合著者是研究生Matthew Hutchinson和畢業(yè)生校友Tyler Coverdale(博士2018年)和Josh Dakin博士(2017年博士)。本科生Lauren Wyman(2014級(jí))為實(shí)地考察做出了貢獻(xiàn)，她和Annie Ferlmann(2016級(jí))都使用該項(xiàng)目的數(shù)據(jù)進(jìn)行了高級(jí)論文。

“普林格博士能夠模仿自然發(fā)生的新競(jìng)爭(zhēng)者和掠奪者的介紹，然后實(shí)時(shí)跟蹤發(fā)生的事情，”國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的項(xiàng)目主管，該研究資助的Jodie Jawor說(shuō)。“這是對(duì)引入新物種時(shí)社區(qū)發(fā)生的事情進(jìn)行的罕見且有價(jià)值的測(cè)試。...棲息地和動(dòng)物群落的構(gòu)成可能因各種原因而改變 - 自然災(zāi)害，發(fā)展，建設(shè) - 所以這項(xiàng)工作有助于我們理解生態(tài)影響，并可能主動(dòng)和更充分地了解它們。“

該研究得到了美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(授予DEB-1457697)，普林斯頓環(huán)境研究所，加拿大研究主席以及加拿大自然科學(xué)和工程研究委員會(huì)的Vanier加拿大獎(jiǎng)學(xué)金的支持。