能快速啟動和駐停 獅子和獵豹如何演化成極致的獵手
2018年02月15日08:33

  據國外媒體報導,當我們觀看大型貓科動物在非洲草原上捕捉獵物的時候,其實就是在實時目睹數百萬年的生命演化過程。然而,這些捕獵並不是總能以抓獲獵物告終,因為“適者生存”意味著獵物有時候必須能勇敢地逃脫。在一項新研究中,科學家揭示了這種獵手―獵物關係中表現出來的運動能力,以及成功捕捉獵物,或避免被捕食者吃掉的最佳策略。

捕食者和獵物身處永無止境的軍備競賽之中,每一個演化適應特徵都會得到回應。
捕食者和獵物身處永無止境的軍備競賽之中,每一個演化適應特徵都會得到回應。

  在發表於近期《自然》(Nature)期刊的論文中,研究者寫道:“速度最快、最靈活的陸地動物棲息在稀樹草原環境中,那裡的捕食者需要追逐狂奔的獵物。”毫無疑問,這些動物身處永無止境的軍備競賽之中,每一個演化適應特徵都會得到回應。但是,一些明顯的優勢也會遭遇極限。如果捕食者的體型變得太大,或者太過肌肉發達,那它可能會很快在追逐中耗盡體能。獵物也同樣如此。演化趨向於在捕食者和獵物之間達成平衡――類似於某種生理上的“適居帶”,以某些特殊而重要的方式對物種進行約束。

研究中一隻帶著項圈的獵豹
研究中一隻帶著項圈的獵豹

  這項研究由英國皇家獸醫學院的阿蘭・威爾森(Alan Wilson)主持,探索了捕食者―獵物關係中一個至關重要的因素:動物生存所需的運動能力水平。威爾森特別對兩種捕食者―獵物關係中的生物力學機製進行了探究,分別是獅子―斑馬和獵豹―高角羚。獅子和獵豹之所以被選為研究對象,是因為它們通常是以一對一追逐的方式來捕捉獵物,而斑馬和高角羚分別代表了二者最經常捕捉的獵物。在漫長的時間里,這些動物被鎖定在一場達爾文式的戰爭中,塑造著彼此的身體形態。威爾森希望能確定捕食者身上出現的哪些生理特徵和運動模式,能幫助它們擊倒並捕捉獵物,而獵物又是演化出了哪些特徵,能幫助它們擺脫被捕捉的命運。

  為了進行這項研究,威爾森的團隊開發了特製的項圈,用於追蹤這些動物在自由奔跑時的速度和加速度。在非洲博茨瓦納北部的自然棲息地裡,5只獵豹、7只高角羚、9隻獅子和7只斑馬成為了科學家的研究對象。他們記錄了驚人的5562次高速追逐。通過對每一次追逐的數據進行分析,科學家得以對每隻動物的運動能力進行評估(可惜的是,戴項圈的動物之間並沒有彼此關聯在一起,否則將是非常有趣的數據)。研究人員還對這些動物的後腿二頭肌進行了活組織檢查,測量了每個物種的肌肉力量。“我們是第一批對捕食者和獵物的精細動態和物種肌肉特徵進行測量的人,”威爾森說道。

研究中一隻戴著項圈的斑馬
研究中一隻戴著項圈的斑馬

  研究人員發現,獅子和獵豹都演化成了極致的運動高手,能進行快速的啟動和駐停。與它們各自的獵物相比,獅子和獵豹的肌纖維力量高20%,加速能力強37%,減速能力強72%。兩個組合的這些差別都很一致,而且都相當顯著;該研究結果表明,捕食者――至少就獅子和獵豹而言――對獵物具有巨大的生理(或運動能力)優勢。

  然而,這並不是故事的全部。斑馬和高角羚或許運動能力稍遜一籌,但它們更加靈活,能夠以較低的速度擺脫追逐(貌似有點違反直覺)。研究人員指出,被追捕的獵物會在追逐中採用最合適的速度和路線,而捕食者的工作就是破壞這種策略。獅子和獵豹其實很喜歡獵物竭盡全力地和它們比拚速度。在全速奔跑時,獵物的運動會變得容易預測,它們無法跑得更快,也不能迅速轉身。在大多數情況下,捕食者會比獵物跑得更快。但是,如果獵物跑得較慢,那它們就有了更多的選擇,比如搖擺和轉身,使它們的運動更難以捉摸。更令人難以置信的是,獵物在追逐中會以最高時速大約一半的速度奔跑。與此同時,捕食者會一直跑得比獵物快,試圖縮短距離;而當獵物做出躲避的轉身動作時,它們不得不放慢速度,跟著獵物轉身。

  通過計算機模型,研究人員證實了速度較慢對獵物而言並不是可怕的劣勢,而在最後時刻擺脫捕食者的最佳策略,就是採取一條捕食者不可能追隨的路徑。頗具諷刺意味的是,捕食者速度越快,對獵物來說就越是好消息――即使被抓到也是如此。筋疲力盡的捕食者可能無法控製住它的獵物。

  更重要的是,在這項研究的兩種關係之外,還有更多值得探索的捕食者―獵物關係。首先,該研究只局限於兩種組合,而動物界中充滿了其他截然不同的例子。其次,許多動物還具有其他生理特徵和用於捕食或逃跑的策略,比如尖利的牙齒和爪子,或者靈敏的鼻子和耳朵。偽裝也是非常有用的工具。威爾森本人也承認,一對一追逐只是捕獵的一個側面,該研究並沒有涉及其他的捕獵形式,比如伏擊或依靠耐力耗盡獵物的體能。當然,這依然是一項非常令人著迷的研究,將幫助我們更好地理解這些動物各自的模樣是如何演化出來的。(任天)

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