齿鲸寿命的贝叶斯推断研究:解析年龄结构数据中的生存密码

【字体: 时间:2025年05月28日 来源:Biological Journal of the Linnean Society 2.0

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  为解决齿鲸(Odontocetes)纵向数据匮乏难题,研究人员开发贝叶斯死亡率模型,分析 269 个年龄结构数据集,估算 32 种雌性和 33 种雄性齿鲸寿命,发现寿命差异及部分物种雌雄寿命差异,为保护和演化研究提供关键数据。

  在浩瀚的海洋世界中,齿鲸作为一类独特的海洋哺乳动物,其生存奥秘一直吸引着科学家的目光。然而,这类广布且长寿的物种,却因栖息环境特殊,难以通过传统的纵向追踪获取准确的寿命和年龄特异性死亡率数据。对于理解生命史演化、制定 conservation and population management strategies 而言,这些数据又是至关重要的。长期以来,依赖牙齿年轮等年龄结构数据(如大规模搁浅事件或渔业兼捕样本)成为无奈却关键的替代方案,但如何从这些充满偏差(如年龄估算误差、种群增长影响、采样偏倚)的数据中提取可靠信息,一直是困扰学界的难题。
为攻克这一挑战,英国埃克塞特大学(University of Exeter)的研究团队开展了一项具有里程碑意义的研究。他们开发并验证了一种贝叶斯死亡率模型,旨在从齿鲸的年龄结构数据中推导生存函数参数,同时量化各类潜在误差的影响。该研究成果发表在《Biological Journal of the Linnean Society》,为齿鲸生命史研究掀开了新的篇章。

研究人员主要采用了以下关键技术方法:首先构建基于 Gompertz 死亡率模型的贝叶斯框架,该模型通过参数 α(基线死亡率)和 β(年龄相关死亡率增速)刻画生存曲线。模型同时纳入种群增长率(r)、采样偏差窗口(W)和年龄估算误差(ε)等变量,通过多数据集整合分析,实现对物种 - 性别特异性寿命的概率推断。研究整合了来自 118 篇文献的 269 个数据集,覆盖 44 种齿鲸,涉及样本量中位数为 75 头(四分位距 39-355),并通过模拟数据验证模型准确性,同时与南方居留虎鲸(Orcinus orca)的纵向研究数据进行比对。

模型验证与实证分析


通过模拟 4900 个数据集(涵盖 7 种样本量和种群增长率),发现模型在样本量≥200 时,50% 可信区间可捕获真实寿命的概率达 73%,且对种群动态和寿命范围具有稳健性。在与南方居留虎鲸的纵向数据对比中,模型估算的雌性寿命为 76(65-88)年,雄性 44(38-53)年,与标记重捕法得出的 69(62-79)年和 44(40-51)年高度吻合,验证了模型的可靠性。

齿鲸寿命的多样性与性别差异


研究揭示了齿鲸寿命的显著种间差异:雄性拜氏喙鲸(Berardius bairdii)寿命最长,达 84-90 年(50% 可信区间),雌性独角鲸(Monodon monoceros)紧随其后为 74-80 年;而雌性达尔氏鼠海豚(Phocoenoides dalli)和弗氏海豚(Pontoporia blainvillei)寿命最短,仅 13 年左右。在性别差异方面,10 种物种显示雌性寿命显著更长(如虎鲸),4 种物种雄性占优(如拜氏喙鲸),其余物种无显著差异,整体上雌性寿命比雄性长 10%(后验概率 0.66)。

模型稳健性与生态学意义


一系列敏感性分析表明,模型结果对年龄估算误差结构、种群增长假设及老龄化方法变迁均具有稳健性。这一成果首次系统性整合了齿鲸年龄结构数据,构建了目前最完整的寿命数据库,为探讨寿命与社会系统(如虎鲸的更年期演化)、生态压力(如渔业兼捕、气候变化)的关联奠定了基础。例如,长寿命物种可能因种群恢复缓慢而更易受人类活动威胁,而性别差异的存在提示需针对性别制定保护策略。

结论与展望


该研究通过贝叶斯模型突破了齿鲸研究的数据瓶颈,不仅提供了关键的生命史参数,更揭示了寿命演化的复杂性和性别差异的多样性。其方法学创新为难以开展纵向研究的物种提供了范式,而数据的积累将助力理解齿鲸的社会演化(如母系群体中长寿雌性的生态知识传递)和 conservation prioritization。未来研究可进一步结合基因组学和生态模型,深入解析寿命差异的分子机制与环境驱动因素,为这类濒危海洋生物的长效保护提供更精准的科学依据。研究结果表明,齿鲸的寿命不仅是生物学特征,更是连接生态适应与演化策略的核心纽带,其揭示的规律将持续照亮海洋哺乳动物研究的前沿领域。

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