要了解入侵者如何改变生态系统 请观察猎物

入侵的捕食者可以破坏生态系统。事实上，灭绝的一个主要原因是将捕食者引入孤岛系统，如岛屿或湖泊。据普林斯顿大学罗伯特普林格尔领导的一个国际研究小组称，破坏通常归咎于捕食者的饮食选择，但有时关键在于猎物动物的反应。

“如果不了解猎物的行为，你真的无法理解捕食者与猎物之间的相互作用 - 或者捕食者将如何影响生物多样性和生态系统，”生态与进化生物学副教授普林格尔说。“猎物改变行为以避免被吃掉的方式是难以预测的，但如果不了解它，就无法预测任何其他东西。生态学中的大多数理论都只是假设食肉动物吃猎物，故事结束。真实世界变得更加复杂。但它并不复杂，我们无法深究它。“

共同作者，加拿大魁北克蒙特利尔麦吉尔大学生物多样性科学研究主任罗恩巴雷特指出，这个问题正在迅速变得更加紧迫。“人类活动正在增加新捕食者被引入以前孤立的生态系统的发生，”他说。“我们的工作表明，这些捕食者入侵生物多样性的后果可能很大程度上取决于猎物行为的变化，这些变化改变了猎物物种利用其环境的方式。”

为了解决这个问题，该团队使用了三种蜥蜴：一种捕食者，卷尾蜥蜴Leiocephalus carinatus，以及两种猎物，绿色anoles(Anolis smaragdinus)和褐色anoles(Anolis sagrei)。他们的结果出现在6月6日的“自然”杂志上。

研究人员前往巴哈马的16个小岛屿，他们将其用作实验生态系统。所有16种都建立了褐色的anoles，研究人员分别或组合地引入了另外两种蜥蜴。

“在生态学中，能够操纵整个生态系统是如此罕见 - 这些小岛有点像大型海洋培养皿，使我们能够进行真正紧密且引人注目的实验，”普林格说。“在大多数地方都不可能做到这一点。”

研究人员发现，在没有食肉动物的情况下，两种anole物种共存良好，树木中的绿色anoles和靠近地面的棕色anoles。这两个物种竞争昆虫，但竞争“并不严重”，普林格说。但当团队介绍卷尾掠食者时，棕色的anoles逃到了树上，那些矮胖的地栖蜥蜴无法跟随。这加剧了两种猎物物种之间的空间和食物竞争，这破坏了它们共存的能力。结果表明，当猎物通过改变它们的行为可以快速响应捕食者的存在时，捕食者通常可能会降低猎物物种共存的能力。

“我们研究的关键影响之一是，捕食者从掠食者那里获得的避难所的大小对于确保猎物不会灭绝非常重要，”Todd Palmer说，他是大学的共同第一作者。佛罗里达。“如果没有足够的空间让猎物没有经常被吃掉的风险，就必须给予一些东西，那就是当我们看到物种消失的时候。一些最近的灾难性物种灭绝的例子，比如真的崩溃了非洲大湖中不同种类的鱼类可能已经发生，部分原因是这些生态系统中没有足够的安全空间。因此，我们的研究结果不仅为我们提供了一些关于如何管理未来捕食者引进的线索，

这项研究“为经典生态学理论提供了一个美丽的反例，”东京大学的理论生态学家Gaku Takimoto说，他没有参与这项研究。“从理论上讲，捕食通过粉碎优势竞争者和与劣势竞争者站在一起促进了竞争猎物物种的共存，但他们的实验表明，捕食的风险导致优势竞争者将其栖息地转移到篡夺弱势竞争者并摧毁他们的共存。”

科学家们早就知道“重要的掠食者”对于健康的生态系统有多么重要。根据关键的捕食者理论，顶级捕食者可以防止任何一种猎物物种变得过于丰富并且与所有其他猎物物种竞争，这通常应该在食物链的低水平上增加物种的多样性。虽然这项研究没有推翻这一概念，但它确实强调了具有顶级捕食者的生态系统不一定比没有顶级捕食者的生态系统更加多样化。

“捕食者可以减少猎物种类的多样性，”普林格尔说。“那不是'好'，而且不是'坏' - 它就是它。对我来说重要的是我们了解掠食者如何以及为什么会产生影响，以便我们可以预测当发生时会发生什么生态系统通过入侵获得新的捕食者，或者当他们通过灭绝失去现有的捕食者时。这正是我们的研究旨在做的事情。这不是道德游戏。没有善恶，没有邪恶。我们只是想弄清楚生物学。“

科学家仍然不完全了解掠食者对居民捕食物种的影响。当然，在某些情况下，引入捕食者可以通过简单地吃它们来摧毁猎物种群。但是猎物也可以通过降低它们被吃掉的可能性的方式对掠食者做出反应 - 就像躲在树上一样，就像棕色的肛门一样。在那里，捕食的风险很低，但随后这些地区变得拥挤，竞争变得激烈。这导致了与经典的基石捕食情景相反的结果;Pringle的团队称之为“避难竞赛”。

“经过六年的人口监测，我们发现卷尾蜥蜴通过迫使棕色和绿色的羚羊分享同样的无捕食者的避难所并加剧它们之间的竞争而破坏了竞争猎物物种的共存，导致一些种群的灭绝， “麦吉尔的巴雷特说。因此，他们的结果挑战了基石 - 捕食假说的普遍性，并支持这种环境中的避难竞争假设，他说。

研究人员希望比简单的人口调查深入挖掘，因此他们对来自每种蜥蜴物种的粪便样本进行了DNA元编码，以分析他们的饮食。DNA metabarcoding是一种强大的工具，利用粪便DNA的短片段来识别捕食者食用的猎物，展示了蜥蜴物种如何在岛上竞争食物。研究人员还使用稳定同位素分析来分析实验处理如何影响岛屿上食物链的长度以及食物链中每个物种的位置。

普林格尔说，总而言之，这些技术使研究人员能够更深入地了解他们的研究结果。“很多时候，你会在现场进行一项实验并获得一些结果，但你不一定能理解为什么你会得到这些结果 - 你可能有一个最好的猜测或一个有利的假设，但它往往有点暧昧，“他说。“长期以来，我的目标是将DNA元代码编码等新技术与泥泞的田野实验等现有技术相结合，以便更深入地了解机制。在这项研究中，我们真的在课程中将所有这些元素融合在一起为期六年的实验，这非常令人满意。“

Pringle与他现在在布朗大学的实验室的前博士后Tyler Kartzinel以及佛罗里达大学的Todd Palmer共同担任首席作者。普林斯顿大学的其他合着者是研究生Matthew Hutchinson和毕业生校友Tyler Coverdale(博士2018年)和Josh Dakin博士(2017年博士)。本科生Lauren Wyman(2014级)为实地考察做出了贡献，她和Annie Ferlmann(2016级)都使用该项目的数据进行了高级论文。

“普林格博士能够模仿自然发生的新竞争者和掠夺者的介绍，然后实时跟踪发生的事情，”国家科学基金会的项目主管，该研究资助的Jodie Jawor说。“这是对引入新物种时社区发生的事情进行的罕见且有价值的测试。...栖息地和动物群落的构成可能因各种原因而改变 - 自然灾害，发展，建设 - 所以这项工作有助于我们理解生态影响，并可能主动和更充分地了解它们。“

该研究得到了美国国家科学基金会(授予DEB-1457697)，普林斯顿环境研究所，加拿大研究主席以及加拿大自然科学和工程研究委员会的Vanier加拿大奖学金的支持。

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