狼的捕食如何塑造麋鹿鹿角的進(jìn)化？

當(dāng)你把研究甲蟲角的生物學(xué)家和花時(shí)間探索捕食者-獵物動(dòng)態(tài)的科學(xué)家混在一起時(shí)，會(huì)發(fā)生什么？你可以更好地理解為什么麋鹿比任何其他北美物種的雄性更晚切斷鹿角。

蒙大拿大學(xué)的研究人員和他們的合作伙伴最近發(fā)表了一項(xiàng)關(guān)于自然生態(tài)和進(jìn)化的研究，記錄了狼和鹿角脫落的麋鹿之間的進(jìn)化關(guān)系。

作者是美國(guó)大學(xué)博士候選人馬特梅茨，美國(guó)大學(xué)聯(lián)合作者道格埃姆倫和馬克赫布萊懷特，國(guó)家公園管理局的丹斯塔勒和道格史密斯，以及猶他州立大學(xué)的丹麥克努蒂。

他們發(fā)現(xiàn)，黃石國(guó)家公園的狼會(huì)優(yōu)先獵捕那些在深冬有鹿角但仍有鹿角的公牛。這一發(fā)現(xiàn)表明，鹿角不僅用于與奶牛競(jìng)爭(zhēng)——它們還有助于阻止食肉動(dòng)物——這可能有助于解釋為什么公牛在發(fā)情后很久才取下鹿角。

“因?yàn)槔墙?jīng)常喜歡這些系統(tǒng)中的麋鹿，所以雄性麋鹿可以在冬天的大部分時(shí)間里獨(dú)立保留鹿角，”Metz說?！霸谖覀兊难芯肯到y(tǒng)中，駝鹿說其他物種在12月份開始減少。我們認(rèn)為麋鹿的進(jìn)化可以使鹿角比其他任何北美鹿都長(zhǎng)，因?yàn)樗鼈冇寐菇亲鳛閷?duì)狼的有效威懾。”

鹿角的進(jìn)化是為了提高繁殖成功率。鹿角越大，公牛就越有可能在秋天成功繁殖奶牛。在許多物種中，這些類型的武器也被用于次要目的，但這些原因并不總是容易理解，就像麋鹿一樣。

每年冬天結(jié)束時(shí)，公牛開始去掉鹿角，并立即開始種植另一套。盡快去掉鹿角，可以消除沉重的負(fù)擔(dān)，讓個(gè)別公牛明年在車轍里生長(zhǎng)。

但總體來說，與其他北美鹿種相比，麋鹿在幾個(gè)月后就失去了鹿角，在3月的前兩個(gè)月，它們的蛻皮交錯(cuò)進(jìn)行，說明可能還有其他原因讓鹿角保留一段時(shí)間。

梅茨說：“鹿角是性選擇的產(chǎn)物，雄性在秋季短時(shí)間內(nèi)爭(zhēng)奪繁殖機(jī)會(huì)?！霸谶@里，我們表明鹿角的進(jìn)化也受到麋鹿環(huán)境中其他事物的影響，比如狼的捕食，次要功能也有助于塑造這種結(jié)構(gòu)的特征，比如鹿角何時(shí)脫落。"

梅茲是黃石狼的長(zhǎng)期研究員。他分析了黃石狼項(xiàng)目十多年的數(shù)據(jù)，這是一項(xiàng)記錄狼與獵物互動(dòng)的長(zhǎng)期研究。

黃石國(guó)家公園的狼在冬天經(jīng)常會(huì)殺死公牛和麋鹿，但梅斯和他的合作者發(fā)現(xiàn)，狼強(qiáng)烈反對(duì)殺死失去鹿角的人——盡管它們通常比仍然有架子的公牛狀態(tài)更好。結(jié)果表明，鹿角確實(shí)是麋鹿的重要捕食威懾物——這是一種輔助功能，可以幫助解釋溫帶氣候下不同物種之間鹿角保留時(shí)間的變化。

梅茨說：“這些先失去鹿角的男人更容易被狼殺死，盡管他們的營(yíng)養(yǎng)狀況更好?！盃顟B(tài)最好的人，為了在下一季得到更大的鹿角，最先放棄自己的鹿角，從而達(dá)到最大的繁殖成功。狼主要針對(duì)非常年輕、年老或貧窮的人的營(yíng)養(yǎng)狀況，這使他們?nèi)菀资艿絺?。在這里，我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的意想不到的弱點(diǎn)——早期鹿角脫落。

這項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)了進(jìn)化的第22條軍規(guī)：武器的好處和代價(jià)。早年放棄鹿角的公牛，來年可能會(huì)長(zhǎng)出更大的鹿角，贏得更多的奶牛，但它們成為晚餐的風(fēng)險(xiǎn)也更大。

對(duì)于年輕的公牛來說，這種風(fēng)險(xiǎn)太高了，它們即將到來的發(fā)情期不太可能成功。這些雄性是最后鑄造鹿角的。

梅茨擁有密歇根大學(xué)野生動(dòng)物生物學(xué)學(xué)士學(xué)位，自2002年以來一直在黃石國(guó)家公園研究捕食者-獵物動(dòng)力學(xué)。

他說：“這項(xiàng)研究最早是我在21世紀(jì)初作為黃石狼項(xiàng)目季節(jié)性現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員觀察得出的。“我們通常在三月底看到鹿角鑄造。但2004-05年的冬天很溫和，公牛隊(duì)更早地掉了鹿角。”

一天，他和另一名研究人員發(fā)現(xiàn)了一頭被狼殺死的麋鹿。

梅斯說：“我們走進(jìn)去，它是三月初的無蟻雄鳥?！薄拔覀儧]見過沒有鹿角的活牛和麋鹿。我們想，‘這有點(diǎn)意思?！覀儾艅倓傞_始注意到這種關(guān)系。我們會(huì)觀察到，狼會(huì)遇到公麋鹿，它們似乎會(huì)把注意力集中在那些脫了鹿角的人身上。用了13年的數(shù)據(jù)才真正驗(yàn)證了這個(gè)想法。"

在這個(gè)過程中，梅茨吸引了其他合著者，包括密歇根大學(xué)教授赫布萊懷特和埃姆倫。

“對(duì)我來說，這個(gè)項(xiàng)目最酷的事情之一是它是如何開始的，”密歇根西弗蘭克林業(yè)和保護(hù)學(xué)院野生動(dòng)物生物學(xué)教授Hebblewhite說，他專門研究大型哺乳動(dòng)物捕食系統(tǒng)?！八加隈R特只是觀察，注意到大自然中的一些東西，然后偷偷摸摸地進(jìn)入其中十年，找出原因。這是科學(xué)過程的核心。”

赫布萊懷特研究狼及其獵物已經(jīng)有四分之一世紀(jì)了，但這是他第一次停下來思考是什么讓鹿角變成鹿角?！昂芏鄷r(shí)候，我們研究自然的原因是為了控制或管理它，讓它為我們做點(diǎn)什么，”他說。ldquo

Emlen是一位進(jìn)化生物學(xué)家，也是生物科學(xué)部的教授。他說，該項(xiàng)目最有趣的是合作的性質(zhì)，這種合作跨越了各個(gè)部門和學(xué)科。

“馬特是一位狼生物學(xué)家。而Hebblewhite是一名麋鹿生物學(xué)家，但他并不專注于鹿角，”Emlen說。“我研究犀牛甲蟲，我研究動(dòng)物武器 - 甲蟲角。我大部分時(shí)間都在思考為什么武器如此之大。對(duì)鹿角工作是一次爆炸，因?yàn)槟切┦蔷薮蟮奈淦?。它是狂野的研究武器的甲蟲生物學(xué)家可以與麋鹿和狼生物學(xué)家合作，為這個(gè)故事添加了一個(gè)有趣的轉(zhuǎn)折。“

該研究的部分資金來自國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的環(huán)境生物學(xué)長(zhǎng)期研究計(jì)劃，該計(jì)劃旨在幫助維持持續(xù)10年或更長(zhǎng)時(shí)間的研究項(xiàng)目。

“這是對(duì)復(fù)雜行為的一種非常復(fù)雜的看法，”NSF項(xiàng)目主管Kendra McLauchlan說。“由于經(jīng)過13年的仔細(xì)觀察，他們能夠做出這一發(fā)現(xiàn)。有時(shí)候觀察這些長(zhǎng)期記錄非常重要。”