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面对北极气候变化的北极熊饮食
Global Change Biology ( IF 10.8 ) Pub Date : 2021-03-18 , DOI: 10.1111/gcb.15599
Z Jack Tseng 1
Affiliation  

持续气候变化的极地变暖效应和北极熊(Ursus maritimus)作为北极生态系统顶级捕食者的地位在一个不稳定的关系中相遇,使这种大型哺乳动物成为现代的“矿井中的金丝雀”。佩瑟里克等人。( 2021 ) 通过检查北极熊牙釉质表面微观磨损模式中的关键特征,了解北极熊饮食的脉搏。通过一个完善的工具的新应用,他们提供了一个关于北极气候变化如何随着时间的推移影响北极熊食物选择的四维视角。

熊科熊科包括八种现存物种,主要分布在北部大陆和南美洲。与食肉目的其他大型成员(包括大多数大型陆地顶级捕食者及其亲属在内的哺乳动物群体)一样,熊首当其冲受到史前和持续的气候变化和栖息地破坏引发的生态系统变化的影响。局部灭绝或灭绝已经在加利福尼亚的灰熊(Ursus arctos)和东南亚的大熊猫(Ailuropoda melanoleuca)以及更新世末期巨型动物灭绝(短期面对熊Arctodus和洞穴熊在Ursus spelaeus 血统)横跨整个北极圈。

正是在这种背景下,北极熊在同样脆弱的环境中作为脆弱的熊类动物受到关注。先前的研究表明,北极熊正受到对其种群和生态生存能力的多重威胁的攻击,从遗传瓶颈(Miller 等人,2012 年)到专门用于以软组织为基础的饮食的咀嚼系统,它们仅在最近 600,000 年左右(Slater 等人,2010 年)。因此,可用于监测北极熊食物选择变化的数据对于了解随着北极海冰继续融化而持续发生的生态变化非常重要。

与监测北极熊饮食相关的挑战有几个。事实证明,传统的标记/跟踪在北极环境中很困难(Durner 等人,2009 年)。对北极熊捕杀或觅食地点的临时观察提供了关于饮食变化的第一手但部分观点(布鲁克和理查森,2002 年))。除了这些挑战之外,北极熊饮食的纵向变化也不容易破译,因为大多数历史上收集的北极熊标本都包含经过加工和准备的骨骼和皮肤,这些骨骼和皮肤不适用于所有类型的分析,或者太罕见而无法进行破坏性分析。需要一种直接测量现代和历史北极熊标本饮食变化的无损方法,以增进我们对气候变化对北极熊种群持续影响的理解。

其中一种工具是 Petherick 等人使用的牙科微磨损纹理分析 (DMTA)。( 2021 ) 量化北极熊牙釉质上的饮食特征,以测试有关其饮食随时间变化的假设。牙釉质微磨损方法源于哺乳动物食草动物的饮食分析(Walker 等,1978)。在传统的牙科微磨损分析中,扫描电子显微镜 (SEM) 生成的牙齿表面二维图像或立体显微镜下检查的样本是主要数据来源;分析包括计算划痕和凹坑,并总结这些特征在从食草动物到浏览器的范围内的数量和比例。对不同条件的博物馆标本进行传统的微磨损分析相对简单,但该方法需要量化观察者间的误差,以使数据在研究和研究人员之间具有可比性。

与传统的微磨损分析相比,DMTA 提供了两个主要的进步。首先,通过使用共聚焦显微镜和计算的表面形貌的尺度敏感指数而不是在不同放大倍数下外观不同的划痕和凹坑的主观计数,对牙釉质表面的整个部分进行采样,将观察者间的误差降至最低。其次,可以在三个维度上捕获共焦显微图像,不仅提供平面纹理特性,还提供地形起伏和异质性的测量。表面粗糙度 (Asfc)、表面特征方向的均匀性 (epLsar) 和磨损特征的相对大小 (tfv) 等纹理测量取代了大小划痕和凹坑的计数。

出于实用和启发性的原因,将 DMTA 应用于北极熊研究是及时且重要的。北极熊既是最大的活哺乳动物捕食者,大部分时间都在陆地上,也是少数优先以其他食肉动物为食的陆生捕食者之一(DeMaster & Stirling, 1981)。它们独特的生态位使它们成为了解食物网中三级消费者相互作用的重要模式生物,但这也意味着它们的生态系统服务不能轻易被其他捕食者取代。考虑到它们与北部大陆其他大型或超大型熊(例如短面熊、洞熊、灰熊)一起出现在更新世冰期-间冰期期间,北极熊谱系在某种意义上也是一种遗存谱系,但是是该冰河时代群中唯一没有灭绝或从其大部分历史地理范围内消失的物种。最后,在宏观进化方面,专业食肉动物谱系在环境突然变化期间会表现出降低的进化能力(称为“宏观进化棘轮”;Van Valkenburgh,2007),因此鉴于北极熊的特殊饮食环境,它们可能容易受到快速的人为环境扰动的加剧影响。

Petherick 等人报告的研究结果将这些北极熊特征置于背景中。(2021 年)与这样一种情景是一致的:尽管从 1000 年前到 20 世纪末北极温度出现波动,但阿拉斯加北极熊的硬食消费在整个历史时期都保持在较低水平。在 21 世纪之前北极熊牙釉质的 DMTA 数据中缺乏重要的硬食物信号表明在北极熊头骨功能形态范围内运作的摄食生态历史(Slater 等人,2010 年))。当作者还报告了来自 21 世纪北极熊标本的 DMTA 数据的硬食物信号在统计上显着增加时,这更加令人担忧。这些结果让人想起更新世晚期掠食者被认为同样艰难的时期。一种假设假设晚更新世恐狼的咀嚼系统与更新世末期环境恶化的严重程度不匹配,猎物可用性降低以及竞争加剧,基于牙齿断裂频率升高(Van Valkenburgh&Hertel,1993)。然而,在散装的时间平均样本中,与现代灰狼相比,恐狼的 DMTA 特征并未显示硬食信号的增加(DeSantis 等,2015)。当北极熊的饮食向陆地转移到更硬和更坚硬的食物时,看看其他证据(例如总体牙齿断裂模式)是否与 DMTA 数据一致,这将是有趣的。

北极海冰的持续恶化以及主要的北极熊和猎物栖息地将北极熊种群推向了一个不确定的未来。北极熊种群因其咀嚼能力而接受选择以吸收更多陆地(即更坚硬的)食物来源的程度将与北极熊和灰熊栖息地之间增加的生态位重叠竞争,因为前者将它们的栖息地向内陆转移到那些后者。北极熊种群是否必须依靠与灰熊的杂交来适应不断变化的环境,它们是否会成功改变狩猎策略以减少与姐妹物种的竞争,还是会在持续的灭绝事件中成为更多的受害者?本世纪正在加速吗?不管结果如何,





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更新日期:2021-03-18
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