唧唧堂名校科研介绍2014-07-04 6:39 PM

让非洲象成为吃毒苹果的白雪公主!

对牧场主来说,野生非洲象可能是铲除“索多玛苹果”的不二选择,这是一种已经疯狂蔓延了东非广阔稀树草原和牧场的有毒入侵植物。是否涉及已受重击的圣城还不清楚,但这种属于茄属的所多玛苹果则是不折不扣的邪恶植物。 其实它不是真正的苹果,而是一种用其多刺茎覆盖了本地草的茄属近亲,其醒目的黄果对牛羊来说是一种致命的诱惑。

一项五年的研究显示在野生动物中大象和羚羊不仅可以安全地饱餐这种果实, 还能有效控制它的爆发蔓延。如果不是靠大象将它从地面上铲除或靠黑斑羚大量吞食它的果实的话,这种灌木可以轻易占领整个草地造成灾难。

普林斯顿大学生态学和进化生物学助理教授,首席研究作者Robert Pringle表示,正如肯尼亚等国家政府准备投入了数百万来根除这种入侵植物,这一发表在英国皇家学会学报的研究发现提供了能控制所多玛苹果的方法,这种方法既成本低廉又有利于非洲象的生存。


大象与牧场主的双赢 

Pringle表示,生态学的圣杯既是指这类双赢局面,我们既可以在某种程度上保护野生动物,又能有益于人类生活。类似地,早期的两项研究表明允许牲畜与野生动物如斑马等的混合放牧能大大提高家养动物的饮食质量。 

这是零牺牲达到和谐的典型例子,但在有些情况下你甚至可以取得双赢的。这将使得那些只关注于牛类饲养的人们改变过去对大象破坏大王的看法而敞开心扉让其迈入他们的私人领地,并接受他们牧草守护员的新角色。

大象和羚羊对这类茄类植物的毒性毫无负担,因为他们隶属于依赖植物灌木生存的食草动物中能承受有毒类植物的特殊类别。另一方面,如牛羊,斑马等普通食草动物则主要以极少含毒的青草为食,但他们常常难以抗拒所多玛苹果的诱惑而吃下这种毒果,导致了肺气肿,肺炎,出血性溃疡,脑水肿,甚至死亡。 

生态混乱

随着越来越多的非洲大草原变成了牧场,所多玛苹果疯狂繁殖之势将愈演愈烈,这意味着鼓励大象来消灭它对保护生态系统和牲畜来说可能会变得至关重要。 

所多玛苹果加剧了如草地过度放牧等的生态混乱。通常情况下,人们会养殖超过地力负荷的牛群,随后他们又不得不缩小规模。

密苏里大学稀树草原生态学家和生物科学助理教授Ricardo Holdo表示,研究人员展示出了充分数据潜在确定了野生所多玛苹果食用者能够完全消灭这种有毒植物的牧场数量 。Holdo未参与该研究但对其十分熟悉,他表示大象和羚羊等动物除了能消灭所多玛苹果外,同时还能给养殖牛群让出更多食物。这是基于非洲传统观点的新启程,即牲畜和野生动物对相同稀缺资源会产生竞争。

本文提供了足够有效信息表示可以用有效方式来模拟这种效应。引入了能消灭茄属食物的野生食草动物实际上还能提高牲畜高品质栖息地更高的生物量。 因此这达成了一个双赢局面,即既保有家畜和野生动物,又能从实际上增加牲畜收益率。

功能冗余 

研究人员表示这是首项检验陆地动物“功能冗余”的研究。功能冗余所指的是新物种可以替代衰退或灭绝物种来履行相同生态作用的情况。这种考虑可以帮助生态学家预测整个生态系统中物种灭绝的整体效应。

在此实例中,如大象和羚羊等大型哺乳动物对所多玛苹果或其他植物数量所起的效应不太可能被其他动物物种所替代。

这是个十分重要的问题,因为某些物种极易灭绝而另外物种却可能具有极其顽强的生存力,最先灭绝的往往可能是体型最庞大或最美味的,抑或者那些拥有象牙的。我们试图了解世界的变化规律并且需要理解这些受到威胁的动物具有独特生态功能所至的程度。

功能冗余的主要研究已在水生系统中进行演绎,因为大型陆地动物在实验中极难受控制。按生态标准来说这项新研究也特别长,因为研究人员需要年复一年的观测类似模式。 

驱离大象 

Holdo指出无法充分理解陆地生态系统中功能冗余的极大一部分原因是由于难以操纵陆地物种数量。 在类似肯尼亚的环境中进行这些实验极富挑战性,光是成功控制大象远离某种实验条件就是一项巨大挑战。

Pringle大约在进行大象对植物多样性所产生影响的研究三年多后,在一些实验站点发现了这种醒目的所多玛苹果。他和其他研究人员在肯尼亚姆帕拉研究中心已经建立了36个共计近8900英亩(36公顷)防止动物进入的限制区域,普林斯顿长期以来参与该多机构研究中心的保护工作。

这种围封限制设置分为四种类型:一类开放给所有动物; 一类只禁止大象进入; 一类则禁止大象和羚羊进入; 而另一类则禁止所有动物入内。结果发现在禁足大象和羚羊的实验点中所多玛苹果繁殖特别旺盛,这颠覆了Holdo先前对所多玛苹果的所知。 

由谁来负责消灭所多玛苹果? 

Pringle表示这项研究真的很偶然。要不是在实验中亲眼看到确实有某些动物能对这些水果大快朵倾,他先前一直以为这些水果是可怕带毒的。现在的问题变成了究竟是谁在消灭这种苹果?问题变得有趣简单,但一旦你揭开了谜题,它又打开了新的潘朵拉魔盒。使用原实验中使用的隔离方法,Pringle和他的同僚使用相机记录下了非洲野生草食掠食者大快朵倾这种茄属植物的热情。

Pringle曾与数学生物学家和生态学和进化生物学助理教授Corina Tarnita合作共事。他们尤其发现大象,羚羊,叫做dik-diks的类似小狗体型的羚羊和啮齿类动物的觅食活动。在相机的帮助下,他们记录下了针对特定植物大约3万小时的觅食活动。研究人员还对大批所多玛苹果进行了标注来追踪记录被食用的数量并测量所有隔离区域中所多玛苹果植株的平均高度,死亡率和重生率。 

循环重生

各组动物被禁足的隔离区域中所多玛苹果都增殖旺盛。从某一角度来说,对动物作限制的隔离区域中的植物密度是动物自由出入区域中植株数量的4倍。

2011年2月,研究人员观察到动物自由出入区域中平均每株植物挂果数量都小于1个,这意味着这种植物上的水果几乎被消耗一空;在禁足大象的区域中,平均植株挂果数量提高到每株3个;而在同时禁足黑斑羚和大象的区域中,平均植株挂果数跃升至每株约50个,在该区域中昆虫取代DIK-diks或啮齿类动物成为了这种水果的主要食用者。 

我们在大象和羚羊对所多玛苹果持有的旺盛食欲中发现了端倪:果实被消费的同时又产生了新的种子。虽然在消化过程中部分种子被破坏,但大部分被完整排出并能潜在发芽。

为此研究人员开发出了数学模型来进行所多玛苹果增殖能力受被吃影响的成本效益分析。该模型权衡了这种被部分消耗植物所付出的“成本”及它所得的潜在好处:可以依靠动物粪便在整个农村繁殖自己的健康后代。随后研究人员使用模型来确定是否不同的动物物种会对所多玛苹果植株数量产生整体上正面或负面影响。 

植株完整性

虽然大象能吃掉巨量的茄属植物种子,但他们也由于将整棵灌木拔出地面塞进嘴里的豪迈吃法而经常破坏整株植物。该模型表明,为了抵消大象对植株造成的损害,所吞下的八成种子必须毫发无损的重生。也就是说每粒种子必须具有比原来多十倍的扎根发芽的能力而非光被播种这么简单。

另一方面,羚羊可以对植物产生积极的整体效果。羚羊能吃掉该植物生产的大部分果实一匹黑斑羚能在极短几分钟内吞下18个果实!难能可贵的是,他们进食的同时不会严重损坏母株还能通过粪便传播种子作为回报。黑斑羚吃掉种子只需达到六成的生存率,并且这些种子只需比原来多三倍发芽率就完成任务拉。
 
Tarnita表示模型可以让你探索实验所无法达成的空间。但一旦你探索了它,则所得结论和预测仍需要与现实相符合。这个模型使得我们发现虽然从理论上来说引入大象对该种植物受益颇多,但实际结果可能大相迳庭。

佛罗里达大学怀俄明大学的研究人员,加州大学戴维斯分校姆帕拉中心和不列颠哥伦比亚大学共同合作进行了该项研究。美国国家科学基金会,美国国家科学院和加拿大工程研究理事会,舍伍德家庭基金会,美国研究与探索国家地理委员会和普林斯顿环境研究院挑战计划为该研究工作提供了大力支持。

英文报道:
WHY AFRICAN RANCHERS SHOULD LET ELEPHANTS GORGE ON POISON APPLES

论文原文:
《非洲大草原哺乳动物素食掠食者调控入侵灌木(茄属植物) 的低功能冗余 》,2014年6月发表于《Proceedings of Royal  Society B》

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