能量-安全权衡驱动冬季适应猎物物种形成差异活动模式的机制研究

本研究通过构建基于能量平衡的模型，结合加速度计行为监测技术，揭示了雪靴兔和北美豪猪这两种冬季适应猎物在能量获取与捕食风险规避之间的权衡策略差异。研究发现：豪猪凭借形态防御和能量储备表现出更大的行为灵活性，而依赖行为性捕食规避的雪靴兔则受环境因素显著制约。该研究为理解物种特质如何调节捕食者-猎物动态提供了机制性解释，发表于《Oecologia》。

　　

在冬季严酷的环境中，食草动物面临着能量获取与捕食风险规避的双重压力。低温增加热调节成本，积雪提升运动耗能，资源稀缺性加剧能量赤字，而捕食压力却在冬季达到高峰。这种能量-安全权衡（energy-safety trade-off）如何驱动猎物的活动模式？物种特有的反捕食策略和生理约束又如何调节这一过程？这些机制性问题至今缺乏系统研究。

为解答这些问题，威斯康星大学麦迪逊分校的Shotaro Shiratsuru等研究人员选取了两种具有典型特征差异的冬季适应物种——主要依赖行为规避和隐蔽色的雪靴兔（Lepus americanus），以及依靠形态防御（约3万根刺毛）和能量储备的北美豪猪（Erethizon dorsatum）。通过构建能量平衡模型并结合加速度计行为监测，研究团队揭示了物种特质如何介导行为决策的深层机制。该研究成果发表于生态学权威期刊《Oecologia》。

研究采用的关键技术方法包括：1) 三轴加速度计（Axy-Trek Mini）连续监测个体活动数据；2) 基于视频验证的随机森林算法（AcceleRater平台）进行行为分类；3) 建立基于Scholander-Irving热调节模型的能量平衡预测模型；4) 线性混合效应模型（LMM）分析环境因素对活动偏差的影响；5) 整合美国自动地面观测系统（ASOS）的气象数据。样本来自威斯康星州两个野生动物保护区的29只雪靴兔和21只豪猪。

观测到的活动模式

研究发现两种物种均表现出夜行性特征，但程度显著不同。雪靴兔平均每日活动时间为12.0小时±1.6，其中78.6%发生在夜间，且不同个体间活动模式高度一致（r=0.55）。相比之下，豪猪日均活动时间仅4.6小时±1.4，昼夜活动呈现负相关关系（r=-0.53），表明其具备在昼夜间灵活调整活动时间的能力。这种差异提示豪猪可能具有更灵活的行为调节策略。

基于能量学的活动预测

研究人员构建的能量平衡模型预测：当环境温度低于热中性区（TNZ）时，两种物种都需要增加活动时间来补偿热调节成本。然而实际观测显示，在低温条件下两种物种都未按预测增加活动，而是保持相对稳定的活动水平，导致能量负平衡。这表明它们选择通过减少活动来节能，而非通过增加觅食来补偿能量消耗。

活动与能量平衡的偏差分析

对于雪靴兔，风速、积雪深度和月光照度等环境因素均显著负向影响其活动偏差。模型预测显示，风速增加20 km/h或积雪加深20 cm会导致每日活动时间减少1.3小时（相当于能量缺口的7.4%）。这表明雪靴兔的活动模式强烈受捕食风险和相关环境因素制约。

豪猪则表现出完全不同的模式：环境因素对其活动偏差无显著影响，但个体间变异显著（44.1%的方差归因于个体差异）。这种差异凸显了形态防御和能量储备如何放松能量-安全权衡，使豪猪获得更大的行为灵活性。

讨论与意义

本研究首次从能量货币角度揭示了物种特质如何调节猎物的能量-安全权衡。雪靴兔依赖行为性捕食规避，其活动模式受环境因素强烈制约，个体间变异小，活动可预测性高，这可能使其更容易成为捕食者的目标。相反，豪猪凭借形态防御和能量储备，获得了更大的行为决策空间，表现出更高的个体可塑性。

这一发现对理解捕食者-猎物动态具有深远意义：缺乏形态防御和能量储备的物种（如雪靴兔）可能成为关键猎物物种（keystone prey），其种群受自上而下的调控更强；而具备这些特质的物种（如豪猪）则可能通过行为灵活性减少捕食风险。研究为解释同一生态群落中不同猎物种群动态差异提供了机制性框架，深化了我们对物种特质如何影响生态互作和群落结构的理解。