研究称人类破坏了6600万年的生态系统的基本特征：“这在以前从未发生过”

发表于 3年以前 | 总阅读数：631 次

几十年前，生态学家意识到绘制陆地哺乳动物的饮食-大小关系图时，将这些哺乳动物与植物-蛋白质梯度对齐时会产生 U 形曲线。如该曲线所示，最左边的吃植物的食草动物和最右边的吃肉的食肉动物往往比那些全吃的杂食动物和中间吃无脊椎动物的食肉动物长得大得多。

然而，到目前为止，几乎没有研究在哺乳动物或现代人之外寻找这种模式。在一项新研究中，来自内布拉斯加大学林肯分校和四大洲的机构的研究人员得出结论，这种模式实际上可以追溯到很久以前，适用于陆栖鸟类、爬行动物，甚至咸水鱼。

然而，这项研究也表明，人类活动造成的最大食草动物和食肉动物的灭绝正在造成似乎是过去和现在生态系统的基本组成部分的破坏，可能会产生不可预测的影响。

“我们不确定会发生什么，因为这以前没有发生过，”内布拉斯加大学林肯分校的博士后研究员、该研究的共同作者Will Gearty说。该研究于4月21日发表在《自然生态学与进化》杂志上。“但是因为这些系统在很长一段时间内一直处于似乎非常稳定的状态，所以当它们离开这种状态时可能会发生什么，这令人担忧。”

Gearty说，动物物种的进化和生态历史可以部分地通过饮食和尺寸的相互交织的影响来讲述。一个物种的饮食决定了它的能量消耗，这反过来又推动了生长，并最终帮助决定了它的大小。然而，这种规模也会限制一个物种可用的食物的质量和数量，甚至为生存所需的质量和数量设置门槛。

Gearty说：“你的食物允许你有多大，你就可以有多大。同时，你需要多大的体型来捕捉和处理你的食物，你就会有多大的体型。因此，那里有一种进化的相互作用。”

由于食草动物以植物为基础的饮食营养相对较差，它们往往为了覆盖更多的地面以觅取更多的食物而长得很大，并容纳长而复杂的消化道，以便从中提取最大的营养。与此同时，食肉动物必须长得足够大，才能跟上并击倒那些食草动物。尽管杂食动物的自助餐式的菜单通常能使它们的肚子饱满，但它们的高能量需求通常使它们专注于坚果、昆虫和其他小的、能量密集的食物。虽然无脊椎动物大多喜欢吃富含蛋白质的猎物，但这些猎物的体积很小，再加上许多其他无脊椎动物的激烈竞争，使它们只能吃到最小的尺寸。

最终的结果是：哺乳动物的平均和最大身体尺寸都呈U型分布。为了分析这种模式在现代的普遍性，该小组汇编了大量现存物种的身体尺寸数据：5033种哺乳动物，8991种鸟类，7356种爬行动物，以及2795种鱼类。

虽然海洋哺乳动物和海鸟没有这种模式，可能是由于生活在水中的独特需求，但它确实出现在该小组研究的其他脊椎动物群体--爬行动物、咸水鱼和陆地鸟类。在分析陆生哺乳动物、陆生鸟类和咸水鱼时，这种模式甚至在不同的生物群落中也保持不变--例如，森林与草原与沙漠，或者热带大西洋与温带北太平洋。

“显示这种情况存在于所有这些不同的群体中，确实表明这是关于脊椎动物如何获得能量，它们如何相互作用，以及它们如何共存的根本问题，”共同作者、内布拉斯加大学林肯分校生物科学副教授Kate Lyons说：“我们不知道这是否是必要的--在身体大小和饮食方面可能有其他组织脊椎动物群落的方式--但它肯定是充分的。”

但是研究人员也有兴趣了解U型曲线可能已经持续了多长时间。因此他们分析了5427种哺乳动物的化石记录，其中一些可以追溯到1.45亿到1亿年前的早白垩纪。 Lyons和同事最初收集了这些化石数据，作为2018年关于大型哺乳动物在人类及其近代祖先手中灭绝的研究的一部分。

“据我所知，这是对哺乳动物的身体尺寸，特别是饮食随时间演变的最广泛调查，”Gearty说。

它显示，U型曲线至少可以追溯到6600万年前，当时非鸟恐龙刚刚被消灭，但哺乳动物还没有多样化，成为今天的主导动物类别。

Gearty说：“这真的很有趣，而且非常引人注目。看到这种关系持续存在，即使你周围有其他主导动物。”

“我们怀疑它实际上从哺乳动物作为一个群体开始就已经存在了。”

未来事物的形态

在对U型曲线的现在和过去进行编目之后，Gearty、Lyons和他们的同事转向了它的未来，或者说潜在的缺乏。研究小组报告说，自从尼安德特人和智人在过去几十万年里出现以来，食草动物和杂食动物的中位数尺寸已经急剧下降至此前的1/100，食肉动物的尺寸在同一时期下降至此前的1/10。Gearty说，因此，持续了这么久的U型曲线已经开始明显变平。

在这种情况下，研究小组预测，多种大型和中型哺乳动物--包括老虎和爪哇犀牛,将在未来200年内灭绝的可能性大于50%。研究人员说，这些预测的灭绝只会加剧U型曲线的中断，特别是在大型食草动物的消失可能引发或加速捕食它们的大型食肉动物的消失。

Gearty说：“当然有可能，当我们把这些动物中的一些从（U型曲线的）顶部移开，当我们把这些身体尺寸的一些范围缩小时，我们正在改变能量的分配方式。这也许会对整个环境和生态系统产生根本性的影响。”

研究人员总结说，也有可能即将到来的哺乳动物身体尺寸的下降甚至可能超过过去几十万年来观察到的前所未有的下降。

Lyons说：“在生态学文献中，你一直看到人们在猜测生态系统现在如何不那么稳定，不那么有弹性，而且更容易崩溃。我认为这只是另一个证据，表明未来可能确实是这种情况。”