食肉动物空间利用的演化差异：犬科与猫科动物对重复使用路径依赖性的全球比较分析

本研究通过分析全球16种犬科与18种猫科动物的1,239条GPS移动轨迹，首次揭示犬科动物在家域内重复使用路径的密度（ridge density）和利用强度（ridge-associated probability mass）显著高于猫科动物（平均差异达15-33%）。这一进化支层面的差异挑战了传统捕食者-猎物动态模型的均质空间假设，对理解动物认知演化、疾病传播机制及保护生物学策略具有深远意义。

　　

研究背景

动物空间利用模式是理解领土行为、觅食生态和资源管理实践的核心。传统理论常假设空间均质性，但实际动物运动存在显著空间异质性。重复使用定向但非完全对齐的移动路径（即“路径通道”，routeways）会形成活动空间集中，影响捕食、配偶寻找和疾病传播等过程。然而，跨物种的路径使用差异一直缺乏系统性研究。

研究方法

研究团队分析了来自六大洲的16种犬科和18种猫科动物的1,239条GPS追踪数据，涵盖近460万条定位记录。通过建立各动物的家域概率密度分布（2-D PDF），利用概率山脊（probability ridges）识别方法量化重复使用的路径通道。概率山脊定义为概率密度函数中具有方向约束性的空间连续曲线，反映动物反复移动的轨迹核心区域。

为便于跨物种比较，研究采用无量纲的“路径密度”（ridge density，路径总长度与家域面积的比值）和“路径关联概率质量”（ridge-associated probability mass，通过路径缓冲区计算的概率质量占比）两项指标。通过系统发育控制的广义线性混合模型（PGLS），评估了物种分类、家域大小、地形粗糙度、狩猎策略（如慢速行走slow walking）、树冠覆盖率和人类活动影响等因素的贡献。

研究结果

进化支层面的路径密度差异

犬科动物的路径密度显著高于猫科动物。全数据集模型显示犬科路径密度平均高出15%（±7% CI，P<10^-5）。在共享景观子数据集（同一区域内同时存在犬科和猫科物种）中，差异扩大至33%（±16% CI）。系统发育树分析表明，这一差异具有明确的进化信号（图2），且不受数据预处理、运动速度、栖息地异质性或系统发育不确定性的影响。

路径使用强度的对比

犬科动物对路径的利用强度也更高。在10米和50米缓冲区宽度下，犬科的路径关联概率质量分别比猫科高7.1-20.2%和5.3-14.9%。物种内分析显示，大多数物种（11种中的9种）在不同景观中路径密度保持稳定，仅北美山猫（Lynx rufus）和欧洲野猫（Felis silvestris）存在显著差异。

环境与行为因子的影响

家域面积增大、地形粗糙度增加以及采用慢速行走狩猎策略会降低路径密度。树冠覆盖率和人类活动指数升高也与路径使用强度负相关。值得注意的是，运动速度本身并非显著预测因子，表明个体运动速度差异并非驱动进化支差异的主因。

讨论与机制推测

生态与进化意义

犬科与猫科在路径依赖性的差异可能源于形态、感知和认知的多重因素：

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  形态学：犬科肩关节结构限制侧向运动，促进直线移动；猫科“浮动锁骨”增强机动性但减少路径重复性。
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  嗅觉能力：犬科嗅觉受体数量远超猫科，可能通过气味标记强化路径记忆。
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  认知差异：实验研究表明家犬的工作记忆和空间认知能力优于家猫，可能与野生近缘种的导航策略差异相关。

保护与实践应用

路径依赖性差异直接影响保护策略：

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  犬科对固定路径的依赖使其更易受道路开发、人类设施干扰的影响，但同时也便于通过定向保护措施（如生态廊道）缓解冲突；
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  猫科的随机移动模式可能降低陷阱捕猎的威胁，但增加栖息地碎片化后的生存风险。

未来方向

研究建议扩展至其他食肉动物类群（如鬣狗科），检验进化支差异的普适性；结合认知实验与野外追踪，明确工作记忆与路径使用的关系；探索路径网络与疾病传播、种群恢复力的关联，为保护实践提供理论支持。

结论

本研究通过大规模数据分析揭示了食肉动物空间利用的进化支差异，证明犬科动物更依赖重复路径通道。这一发现革新了传统生态模型的空间假设，为理解动物运动机制的演化基础及制定物种特异性保护策略提供了关键科学依据。