幾十年前，生態(tài)學(xué)家意識到繪制陸地哺乳動物的飲食-大小關(guān)系圖時，將這些哺乳動物與植物-蛋白質(zhì)梯度對齊時會產(chǎn)生 U 形曲線。如該曲線所示，最左邊的吃植物的食草動物和最右邊的吃肉的食肉動物往往比那些全吃的雜食動物和中間吃無脊椎動物的食肉動物長得大得多。

然而，到目前為止，幾乎沒有研究在哺乳動物或現(xiàn)代人之外尋找這種模式。在一項新研究中，來自內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校和四大洲的機(jī)構(gòu)的研究人員得出結(jié)論，這種模式實際上可以追溯到很久以前，適用于陸棲鳥類、爬行動物，甚至咸水魚。

然而，這項研究也表明，人類活動造成的最大食草動物和食肉動物的滅絕正在造成似乎是過去和現(xiàn)在生態(tài)系統(tǒng)的基本組成部分的破壞，可能會產(chǎn)生不可預(yù)測的影響。

“我們不確定會發(fā)生什么，因為這以前沒有發(fā)生過，”內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校的博士后研究員、該研究的共同作者Will Gearty說。該研究于4月21日發(fā)表在《自然生態(tài)學(xué)與進(jìn)化》雜志上?！暗且驗檫@些系統(tǒng)在很長一段時間內(nèi)一直處于似乎非常穩(wěn)定的狀態(tài)，所以當(dāng)它們離開這種狀態(tài)時可能會發(fā)生什么，這令人擔(dān)憂?！?/p>

Gearty說，動物物種的進(jìn)化和生態(tài)歷史可以部分地通過飲食和尺寸的相互交織的影響來講述。一個物種的飲食決定了它的能量消耗，這反過來又推動了生長，并最終幫助決定了它的大小。然而，這種規(guī)模也會限制一個物種可用的食物的質(zhì)量和數(shù)量，甚至為生存所需的質(zhì)量和數(shù)量設(shè)置門檻。

Gearty說：“你的食物允許你有多大，你就可以有多大。同時，你需要多大的體型來捕捉和處理你的食物，你就會有多大的體型。因此，那里有一種進(jìn)化的相互作用。”

由于食草動物以植物為基礎(chǔ)的飲食營養(yǎng)相對較差，它們往往為了覆蓋更多的地面以覓取更多的食物而長得很大，并容納長而復(fù)雜的消化道，以便從中提取最大的營養(yǎng)。與此同時，食肉動物必須長得足夠大，才能跟上并擊倒那些食草動物。盡管雜食動物的自助餐式的菜單通常能使它們的肚子飽滿，但它們的高能量需求通常使它們專注于堅果、昆蟲和其他小的、能量密集的食物。雖然無脊椎動物大多喜歡吃富含蛋白質(zhì)的獵物，但這些獵物的體積很小，再加上許多其他無脊椎動物的激烈競爭，使它們只能吃到最小的尺寸。

最終的結(jié)果是：哺乳動物的平均和最大身體尺寸都呈U型分布。為了分析這種模式在現(xiàn)代的普遍性，該小組匯編了大量現(xiàn)存物種的身體尺寸數(shù)據(jù)：5033種哺乳動物，8991種鳥類，7356種爬行動物，以及2795種魚類。

雖然海洋哺乳動物和海鳥沒有這種模式，可能是由于生活在水中的獨(dú)特需求，但它確實出現(xiàn)在該小組研究的其他脊椎動物群體--爬行動物、咸水魚和陸地鳥類。在分析陸生哺乳動物、陸生鳥類和咸水魚時，這種模式甚至在不同的生物群落中也保持不變--例如，森林與草原與沙漠，或者熱帶大西洋與溫帶北太平洋。

“顯示這種情況存在于所有這些不同的群體中，確實表明這是關(guān)于脊椎動物如何獲得能量，它們?nèi)绾蜗嗷プ饔?，以及它們?nèi)绾喂泊娴母締栴}，”共同作者、內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校生物科學(xué)副教授Kate Lyons說：“我們不知道這是否是必要的--在身體大小和飲食方面可能有其他組織脊椎動物群落的方式--但它肯定是充分的?！?/p>

但是研究人員也有興趣了解U型曲線可能已經(jīng)持續(xù)了多長時間。因此他們分析了5427種哺乳動物的化石記錄，其中一些可以追溯到1.45億到1億年前的早白堊紀(jì)。 Lyons和同事最初收集了這些化石數(shù)據(jù)，作為2018年關(guān)于大型哺乳動物在人類及其近代祖先手中滅絕的研究的一部分。

“據(jù)我所知，這是對哺乳動物的身體尺寸，特別是飲食隨時間演變的最廣泛調(diào)查，”Gearty說。

它顯示，U型曲線至少可以追溯到6600萬年前，當(dāng)時非鳥恐龍剛剛被消滅，但哺乳動物還沒有多樣化，成為今天的主導(dǎo)動物類別。

Gearty說：“這真的很有趣，而且非常引人注目?？吹竭@種關(guān)系持續(xù)存在，即使你周圍有其他主導(dǎo)動物。”

“我們懷疑它實際上從哺乳動物作為一個群體開始就已經(jīng)存在了?！?/p>

未來事物的形態(tài)

在對U型曲線的現(xiàn)在和過去進(jìn)行編目之后，Gearty、Lyons和他們的同事轉(zhuǎn)向了它的未來，或者說潛在的缺乏。研究小組報告說，自從尼安德特人和智人在過去幾十萬年里出現(xiàn)以來，食草動物和雜食動物的中位數(shù)尺寸已經(jīng)急劇下降至此前的1/100，食肉動物的尺寸在同一時期下降至此前的1/10。Gearty說，因此，持續(xù)了這么久的U型曲線已經(jīng)開始明顯變平。

在這種情況下，研究小組預(yù)測，多種大型和中型哺乳動物--包括老虎和爪哇犀牛,將在未來200年內(nèi)滅絕的可能性大于50%。研究人員說，這些預(yù)測的滅絕只會加劇U型曲線的中斷，特別是在大型食草動物的消失可能引發(fā)或加速捕食它們的大型食肉動物的消失。

Gearty說：“當(dāng)然有可能，當(dāng)我們把這些動物中的一些從（U型曲線的）頂部移開，當(dāng)我們把這些身體尺寸的一些范圍縮小時，我們正在改變能量的分配方式。這也許會對整個環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生根本性的影響?！?/p>

研究人員總結(jié)說，也有可能即將到來的哺乳動物身體尺寸的下降甚至可能超過過去幾十萬年來觀察到的前所未有的下降。

Lyons說：“在生態(tài)學(xué)文獻(xiàn)中，你一直看到人們在猜測生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)在如何不那么穩(wěn)定，不那么有彈性，而且更容易崩潰。我認(rèn)為這只是另一個證據(jù)，表明未來可能確實是這種情況?！?/p>