人类破坏了 6600 万年前生态系统的一个关键特征——“前所未有”

插图显示食草哺乳动物（绿色）、食肉动物（紫色）、反射器（黄色）和食肉动物（红色）。 每列包括在过去 258 万年中消失的哺乳动物物种（浅色）； 预计在不久的将来会消失的那些（中等阴影，灭绝概率>50%）； 和那些可能持续存在的（深色，灭绝概率<20%）。 内布拉斯加大学林肯分校和四大洲机构的一项新研究表明，与人类有关的最大食草动物和食肉动物的灭绝正在破坏似乎是过去和现在生态系统的一个关键特征。 学分：Julius Csotonyi/生态与自然进化

在很长一段时间内，已经在多个脊椎动物群体中发现了饮食与大小的关系。

根据一项新的研究，现代陆生哺乳动物的饮食和体型之间的 U 形关联也可能代表“全球性”，这种关系跨越至少 6600 万年和一系列脊椎动物群。

几十年前，生态学家意识到，当这些哺乳动物在植物-蛋白质梯度上排列时，陆地哺乳动物的饮食-大小关系图会产生 U 形曲线。 从这条曲线可以看出，最左边的食草动物和最右边的食肉动物往往比中间摄食的食草动物和无脊椎动物大得多。

不过，到目前为止，几乎没有研究在寻找哺乳动物或现代以外的模式。 在一项新研究中，内布拉斯加大学林肯分校和四大洲机构的研究人员得出结论，这种模式实际上可以追溯到远古时代，适用于陆栖鸟类、爬行动物，甚至咸水鱼。

然而，该研究还指出，最大的食草动物和食肉动物的人为灭绝正在对似乎是过去和现在生态系统的重要组成部分造成破坏，并可能产生不可预测的影响。

“我们不确定会发生什么，因为这种情况以前从未发生过，”内布拉斯加州的博士后研究员、该研究的合著者威尔格蒂说，该研究于 4 月 21 日发表在《自然生态学与进化》杂志上。 “但由于系统在很长一段时间内一直处于非常稳定的状态，因此归结为当它们离开该状态时可能会发生什么。”

大一码，小一码

格蒂说，动物物种的进化和生态历史可以部分通过饮食和体型的相互影响来了解。 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有助于确定它的大小。 然而，这种大小也会限制一个物种可获得的食物的质量和数量，即使它为生存所需的质量和数量设定了门槛。

“你可以像你的食物一样大，”格蒂说。 “与此同时，它们的大小通常与您拾取和加工食物所需的一样大。因此，它们之间存在进化相互作用。”

该图显示了陆地哺乳动物的饮食与体型（或质量，以千克为单位）之间的 U 型关系。 条形的灰色部分代表目前处于灭绝危险中的物种，而白色部分代表已经灭绝的物种。 学分：生态与进化/施普林格自然

由于食草动物的素食营养相对较差，它们通常会长得很大，以便覆盖更多的土地来喂食更多的食物 – 并容纳它们从中提取最大营养的长而复杂的消化道。 与此同时，食肉动物必须长得足够大，才能跟上并消灭这些食草动物。 尽管食肉动物的自助餐菜单通常能让​​他们的胃充满，但他们的高能量需求通常会导致他们专注于坚果、昆虫和其他能量密集的小食物。 虽然反射器大部分都是富含蛋白质的猎物，但这种猎物的身材矮小，再加上来自许多其他反射器的激烈竞争，使它们成为最小的猎物。

最终结果：哺乳动物的平均和最大体型呈 U 形分布。 为了分析这种模式在现代的普遍性，该团队收集了大量现存物种的体型数据：5,033 只哺乳动物、8,991 只鸟类、7,356 只爬行动物和 2,795 条鱼类。

虽然这种模式在海洋哺乳动物和海鸟中不存在，可能是由于生活在水中的独特要求，但它出现在研究小组检查的其他脊椎动物群——爬行动物、咸水鱼和陆鸟——中。 在分析陆地哺乳动物、野生鸟类和咸水鱼时，这种模式甚至在各种生物群落中普遍存在——例如森林、草原和沙漠，或者热带大西洋和北太平洋温带。

“这表明这存在于所有这些不同的群体中，这表明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是至关重要的，”共同作者、生物学助理教授凯特·莱昂斯说。内布拉斯加州的科学。 . “我们不知道这是否有必要——可能还有其他方法可以根据体型和饮食来组织脊椎动物群落——但这当然就足够了。”

但研究人员也有兴趣知道 U 形曲线可能需要多长时间，因此他们分析了 5,427 种哺乳动物的化石记录，其中一些可以追溯到早期。 白垩 1.45亿到1亿年前的时期。 Lyons 及其同事最初收集化石数据作为 2018年大型哺乳动物灭绝研究 在人类和他们的新祖先手中。

“据我所知，这是对哺乳动物体型演变的最全面调查，尤其是随着时间的推移，哺乳动物的饮食，”格蒂说。

它揭示了 U 形曲线至少可以追溯到 6600 万年前，当时非鸟类恐龙刚刚被消灭，但哺乳动物还没有多样化，成为今天的主要动物类别。

格蒂说：“看到这种关系在你有其他占主导地位的动物的情况下仍然存在，这真的很有趣，也很令人惊讶。

“我们怀疑自从哺乳动物作为一个群体出现以来，它实际上就已经存在了。”

未来事物的形状

在对现在和过去的 U 曲线进行索引后，Gertie、Lyons 和他们的同事转向了它可能的未来或缺乏未来。 自尼安德特人和食肉动物出现以来，食草动物和食肉动物的平均体型减少了近 100 倍。 理智的人 该团队报告说，在过去的数十万年里，食肉动物的规模在同一时期减少了大约 10 倍。 结果，长期运行的 U 形曲线开始明显变平，格蒂说。

在此背景下，研究小组预测，未来 200 年内，包括干虎和犀牛在内的许多大中型哺乳动物有超过 50% 的可能性将人类视为唯一的捕食者。 . 研究人员说，这些预计的灭绝只会加剧 U 曲线的扰动，特别是在大型食草动物的丧失可能导致或加速以它们为食的大型食肉动物的丧失的程度上。

“当我们将这些动物中的一些从顶部（U形曲线）移除时，并且当我们拉低其中一些体型范围时，我们肯定有可能改变能量分配的方式，”她说。 “这可能对环境和整个生态系统产生根本性影响。”

研究人员得出的结论是，即将到来的哺乳动物体型的下降甚至可能超过过去数十万年来观察到的前所未有的下降速度。

“你仍然看到，在环境文献中，人们推测生态系统现在是如何变得不那么稳定、缺乏弹性并且更容易崩溃，”里昂说。 “我认为这只是表明未来可能确实如此的另一个证据。”

参考：“脊椎动物食物大小结构长期模式的人为扰动”，作者：Rob Cook、William Gerty、Abby S. Chapman、Gillian Dunnick、Graham J. . Stuart-Smith、S. Kathleen Lyons 和 Amanda E. Bates，2022 年 4 月 21 日，可在此处获取。 生态与自然进化.
DOI: 10.1038 / s41559-022-01726-x

Gertie 和 Lyons 与英国环境与水文中心的 Robert Cook 共同撰写了这项研究。 来自维多利亚大学（加拿大）的阿曼达·贝茨。 伦敦大学学院的 Abby Chapman； 来自西蒙弗雷泽大学（加拿大）的 Gillian Donek； 来自塔斯马尼亚大学（澳大利亚）的 Graham Edgar 和 Rick Stewart Smith； 史密森尼环境研究中心的 Jonathan Levchek； 路易斯安那海事大学联盟的 Craig MacLean； 和以色列水生生物学和海洋学研究所的 Gil Riloff。