首页 > 资讯 > 科技探索 > 自然地理 > 野生动物学的激动时刻:适者生存 成本几何
野生动物学的激动时刻:适者生存 成本几何

www.gddj.chinanews.com     时间:2014-09-15
 来源:中国科学报

原标题:适者生存 成本几何

生物学家尝试测量野生动物存活所需能量

我们仅仅刚开始。但它确实是野生动物学的激动时刻。

夏威夷僧海豹KE18 


    在攻击了超过12只年幼夏威夷僧海豹后,这只被称为KE18的极具侵略性的雄海豹必须被从岛屿家园中驱赶出去。现在,它生活在美国加利福尼亚的一个海水池塘中,距离太平洋数百码。

 

    与袭击同物种(地球上最濒危的海洋哺乳类动物)的更多成员不同,KE18目前提供的信息能帮助这种海豹免遭灭绝厄运。6月的一天,加州大学圣克鲁兹分校,一位动物训练员正教导它穿上一个包含感应器的金属管,以追踪和记录其速度方面的改变。这是海豹版健康追踪器,一些慢跑者会在手腕上佩戴这种仪器,记录他们的每一个动作。

 

    将200公斤重的KE18举到池塘旁边,它张开嘴炫耀其牙齿,然后得到一条鱼作为奖励。“我们的实验室里要用到很多鱼和热狗。”哺乳类生理学实验室主任生物学家Terrie Williams说。

 

    人们希望收集自KE18的数据能帮助解开夏威夷僧海豹受威胁之谜。大多数这种海豹生活在夏威夷岛链的西北部,每5只小海豹中有4只在成年之前死去,该物种数量每年的降幅超过3%。“它们最终被饿死。”国家海洋和大气管理局夏威夷僧海豹研究项目主管Charles Littnan说。

 

    但是,靠近夏威夷主岛海滨浴场的一小群海豹的数量却在增加,尽管附近人类活动密集。KE18可能是破译两组海豹生命轨迹截然不同之谜的关键。很快,研究人员开始测量其呼吸中的氧含量。通过结合这些数据和感应器信息,Williams和同事定量测量了KE18游泳时需要的能量。他们计划使用这些数据设置在野生僧海豹身上的感应器读取的信息,以便判断为何它们并不兴旺。

 

    澳大利亚昆士兰大学生态生理学家Craig Franklin表示,随之而来的数据流将改变野生生物学家的问题类型。“人们真正开始意识到生理学在处理动物保护问题上的价值。”

 

    能量成本

 

    生物学家有时表示能量是生命的货币。“如果动物要收集一种类似金钱的东西,那么就是能量。”英国斯望西大学水生生物学家Rory Wilson表示。活动的代价特别昂贵,即便是睡觉也是如此,身体需要燃烧卡路里维持消化、呼吸和循环。

 

    但金钱和能量之间有关键的不同:动物不能出现赤字。“如果身体里没有能量,你就死了。”Wilson说。

 

    生物学家尚没有容易的方式追踪野生动物需要多少能量,因此他们使用氧消耗量作为替代。动物消耗的燃料越多,需氧量就越大。例如,将动物置于跑步机上,研究人员能粗略地将耗氧量与前进一米使用的能量相关联。

 

    虽然“运输成本”能长期充当动物能量学的天然尺码。但它依赖许多模糊的假设,例如,动物走过的环境与跑步机类似,实际上在不平的地面跑动需要更多的能量。对于穿越沙漠、游泳或飞翔的动物而言,该技术甚至更不适用。

 

    因此,感应器进入该领域。最初,科学家为感应器装上数据记录器和电池以测量动物行为时,该设备未被广泛使用。随着成本下降,公司开始提供装有记忆芯片的现成感应器。野生生物学家立刻看到了机会。自2009年开始,发表的使用该设备研究动物行为的论文超过130篇。“真是兴趣和技术的爆炸,现在我们能获得海量数据,我们能知道动物的每次冲刺或爪子轻触地面。”Williams说。

 

    Wilson和英国罗汉普顿大学环境生理学家Lewis Halsey研究确证了该设备是测量能量消耗的工具:当感应器记录更多的行动时,氧消耗量也相应增加。这些运动信息在实验室之外也有用处。例如,附在野生鸬鹚身上的设备显示,携带一条鱼飞上高空需要的加速度比未负重时高14%。

 

    科学家目前依靠动态身体加速(DBA)进行研究。自Wilson和Halsey的鸬鹚实验之后,大批使用DBA和氧消耗量调查野生动物能量需求的论文出版。“所有人都说,‘天哪,它适用于所有事情!’”Wilson说。

 

    为了检测气候变化对鱼类的影响,英国渔业和水产业科学环境中心(CEFAS)行为生态学家Julian Metcalfe为鳕鱼植入感应器,研究鱼类代谢如何响应不同的温度。“如果水变冷,它们活动就更少,但在必要时仍能追逐和逃脱。”他说。

 

    但当温度上升时,鳕鱼很难执行高能行为。“在高温中的鱼难以逃避捕食者或捕捉猎物。”Metcalfe说,“了解这个很重要。”

 

    CEFAS生物学家Serena Wright在植入感应器的帮助下研究鳟鱼养殖。她发现一些鱼出现鳍发育不良或畸形骨骼或许是因为拥挤或近亲交配,并且畸形的鱼游泳时所需要的能量比正常的鱼高,同时生长也慢。

 

    校正障碍

 

    法国西布列塔尼大学生物学家Anthony Robson和Halsey甚至为扇贝等定栖动物装上了运动传感器。平均而言,甲壳类动物每天只运动两分钟,但这占据了它们在野外能量支出的约17%。相比之下,由于人类活动产生的光和振动,养殖的扇贝花在逃跑和躲闪上的时间比野生的兄弟们更多。这将其能量支出提高了约40%。

 

    “当孵卵地被打扰时,它们会发狂。”Robson说。养殖扇贝将大量能量用于行动而非觅食和生长上,这一信息将对养殖业十分重要。

 

    能量数据还能帮助解释动物在野外展示的一些行为。研究人员知道,与乌贼相比,麦哲伦企鹅更喜欢凤尾鱼,只有当鱼难以捕捉时,它们才吃乌贼。但是,原因并不清楚,直到Wilson为企鹅装上了感应器。他发现,企鹅的自然浮力使其向下游水比向上游消耗的能量更大。企鹅捉鱼消耗的能量更少,因为它们能利用浮力从下面冲向猎物。“而企鹅必须积极游动才能捉到乌贼。”Wilson说,“捉乌贼所需的能量成本要比凤尾鱼高得多。没有感应器我们可能永远不会明白。”

 

    在感应器数据的帮助下,研究人员甚至能知道野生企鹅进食次数,以便估算其总体消耗量——如果国家希望限制鱼类收获,以保护重要企鹅物种,这一数据将十分重要。

 

    在Williams的实验室,研究人员正要分析更大的动物。地质调查局野生生物学家、博士生Anthony Pagano正试着计算如何用呼吸运动计量法测量北极熊的能量消耗。

 

    Pagano表示,位置数据显示,随着海冰的消散,北极熊游动距离是10~20年前的2~3倍。例如,2008年,研究人员记录到一头北极熊连续游动9天687公里才到达一块海冰。但那时研究人员不了解这一过程让熊多消耗了多少能量。因此,Pagano为该动物装上了配备有收集加速度、全球定位和视频数据的项圈。

 

    同时,他利用动物园中体重高达370公斤的雌性北极熊,运用呼吸运动计量法建立了北极熊尺度的“连续泳池”或跑步机。“一个挑战是,它们相当大且具有破坏性。”他说。

 

    Pagano的工作揭示了该领域发展的一个重要障碍:要获得精确的能量消耗测量,生物学家需要找到校正针对个体物种的设备的方法。“校正一种新动物非常困难。”Halsey说。

 

    野生动物需要训练和引诱参加呼吸运动计量法。通常动物不愿待在跑步机上。在读博期间,Astrid Willener发现自己需要跟及腰高的帝企鹅摔跤,以便让它们走上跑步机。一些企鹅会试着用腹部滑动,或者背部靠着盒子用脚底打滑。“一旦企鹅找到一种诡计,它们将继续利用它。”Willener说。

 

    无论如何,野生动物的加速度测量技术可能不太容易找出如何收集能量数据,以及如何使用它们的逻辑方法。但KE18等动物提供了保护物种的潜在重要信息。“我们仅仅刚开始。但它确实是野生动物学的激动时刻。”Williams说。(唐凤)

 

责任编辑:小陈
    数据统计中!!
    相关阅读: