普林斯顿生态学家团队利用难得的机会研究大型食肉动物被消灭后生态系统会发生什么。

普林斯顿大学生态学与进化生物学研究生Justine Atkins说：“大型食肉动物在其生态系统中发挥着关键且不成比例的作用，其人口在全球范围内正在下降。”“然而，真正的理由是在许多这些系统中充满希望，”她说。她和一组同事发现证据表明，在大型哺乳动物生态系统中重新引入关键食肉动物可以消除其被移除造成的损害。他们的工作发表在3月8日的“科学”杂志上。

研究人员正在Gorongosa国家公园工作，莫桑比克内战对野生动物种群造成巨大损失。大多数食草动物物种已经恢复，但是几只主要的大型食肉动物 - 豹子，鬣狗和非洲野狗 - 都被从公园里消灭了。

“这是一个悲剧性的事情，但它的作用是让我们研究当捕食者被移除时行为和生态如何变化，”生态学和进化生物学副教授兼论文的资深作者Robert Pringle说。“这不是一个实验，但它几乎就像一个。我们发现一种常见的羚羊物种，羚羊，通常是一个非常害羞，秘密的森林居民，已经扩展到开阔的平原。平原上的植物非常有营养，那些在这些地区殖民的羚羊比森林里的羚羊更大，形状更好。在这个新栖息地中羚羊的存在对羚羊吃的植物有负面影响。“

所有食草动物都必须权衡某一地区觅食的营养价值，以及它们在此过程中可能被杀死和食用的风险。如果风险太高，即使营养丰富，也会避开某个区域。通过这种方式，食草动物的高风险区域成为可口植物的安全空间。食草动物对食肉动物的恐惧与对植被的益处之间的联系是生态学家所说的“营养级联”，即食肉捕食者可能对植物产生影响的术语。

“从历史上看，戈龙戈萨的多样化捕食者群体有效地将食草动物限制在捕食风险较低的地区，”普林格尔说。“消灭掠食者违反了通常管理食草动物去哪里和吃什么的规则，这在整个食物链中都有影响。”

该项目始于2015年，当时Pringle和研究小组的其他成员观察到一些羚羊，一种通常害羞的羚羊原产于该地区，已经停止躲藏在林地中，并开始经常光顾Gorongosa洪泛平原上开放的，基本上没有树木的草原。在1977年至1992年的莫桑比克内战之前对戈龙戈萨进行的一项详细研究报告说，在这些无树木区域没有发生羚羊。研究人员推测，消灭豹子，野狗和鬣狗已经形成了一种“无所畏惧的景观”，以前胆小的羚羊现在可以自由地浏览 - 这对当地植被不利。

他们花了数年时间设计和执行一项研究，该研究着眼于缺乏捕食者和Gorongosa平原植物之间假设的影响链中的每个环节。他们使用了2002年至2016年的GPS项圈和空中普查，追踪了动物的动作和位置。他们对羚羊粪便中的植物DNA进行了测序，以准确确定动物在不同区域吃的是什么，并量化了每个栖息地中植物的营养质量。他们还测量了捕获的羚羊的大小，脂肪和肌肉，当他们戴上GPS项圈时，发现在泛滥平原上吃更多富含蛋白质的饮食有助于更大，更强壮的羚羊。

“这项研究中最重要的两件事是Justine在2016年和2017年在现场进行的两次实验，”Pringle说。“一个是使用大型食肉动物的声音和气味来模拟风险 - 这个想法是试图吓唬羚羊认为掠食者在场，看看它是如何影响他们的行为的。”

阿特金斯打了记录的豹子电话，并放置了人工食肉动物的粪便和尿液，以便羚羊听到并闻到掠食者已经返回的迹象。正如预测的那样，开阔平原上的羚羊通过移动到更多树木繁茂的区域来回应捕食者线索，这些区域提供了更多的藏身之处。通过使用这些线索，阿特金斯得出结论，对捕食的恐惧，而不是实际掠食者的任何杀戮，导致了羚羊行为的变化。

“Justine所做的另一件事，就是真正的创新，就是利用我们的饮食分析结果来确定一种只被羚羊吃掉而不被其他大型食草动物吃掉的植物，”普林格说。“然后，凭借这些知识，她在植物周围筑巢，以防止羚羊吃掉它们，这使她能够隔离羚羊对植物生长的影响。”

她发现保护免受羚羊的植物生长迅速，这表明当掠食者重新进入公园并且羚羊撤退到木质区域时，它们可能会强烈反弹。

通过将来自各种测量的信息与受控现场实验相结合，Atkins和她的同事们成功地记录了假设的营养级联中的每个环节。

“研究小组使用了一系列精心设计的实验，”华盛顿大学定量野生动物科学副教授Laura Prugh说，他没有参与这项研究。“很少有量化食物网相互作用的组成部分，他们的研究很好地为预测生态系统在重新引入食肉动物时的反应方式奠定了基础。”

Atkins的顾问和共同作者，生态学和进化生物学副教授Corina Tarnita说，在Gorongosa工作提供了前所未有的“自然实验”来研究当地捕食者灭绝对大型哺乳动物生态系统的影响。

“这使我们能够探索以前主要在更小，更受控制的系统中获取的深刻的理论概念和问题，”她说。“在大多数复杂系统中，缩放问题提出了一个非常重要的挑战：仅仅因为在小规模上某些事情是正确的，并不一定能在更大规模上实现。因此能够测试基本生态学原理扩大的程度非常宝贵。“

“我们的工作确实强调了顶级食肉动物的重要性，这些食肉动物在全球范围内正在下降，”爱达荷大学鱼类和野生动物科学助理教授Ryan Long表示，他是该项目的合着者。“食肉动物以复杂的方式影响生态系统，不仅仅是杀死和食用其他动物，但在大型哺乳动物系统中获得这些影响的实验证据确实很有挑战性。我们的研究提供了一个非常引人注目的观察和实验支持组合因为大型食草动物会因为害怕掠食者而改变自己的行为，而这些行为的改变会影响他们自己的状况和他们赖以生存的植物群落。“

“这项仔细的研究表明，捕食者，猎物和他们吃的植物之间的相互作用比以前认为的更灵活，”国家科学基金会的项目主任米歇尔·莱克尼奇说，该基金会为这项研究提供资金。“通过证明人类对这些复杂相互作用的破坏可以逆转，作者提供了宝贵的信息来指导受人类活动负面影响的生态系统中的恢复工作。”自研究结束以来，Gorongosa的生态学家继续进行恢复工作。格雷格卡尔基金会的支持。先锋，一群非洲野狗，于2018年中期重新引入。

“引入的第一包非洲野狗已经很好地定居，非常成功地捕杀，并且主要捕食羚羊 - 特别是那些在开阔的洪泛平原上，”Gorongosa国家公园保护副主任Paola Bouley说。“他们只是把灌木丛中的羚羊锤出来。”

这项研究是“令人兴奋的确认，我们正在戈龙戈萨的正确轨道，强烈关注顶级捕食者的恢复，以使整个生态系统恢复平衡，”Bouley说。“我们正在观察地球上展开的最宏大的生态修复故事之一。”