《Biological Journal of the Linnean Society》：Exploration and docility in coexisting rodents
摘要
理解行为如何影响促进物种共存的权衡机制正受到越来越多的关注。在缺乏时空栖息地分离和资源分区的情况下，行为差异介导了同域物种间的竞争。本研究在加拿大安大略省阿冈昆省立公园的一个持续进行的标记-重捕项目中，使用两种标准化测试方法，检测了三种共存啮齿动物物种的两种行为：温顺性和探索性。研究以繁殖状态作为单一繁殖季节内能量成本的代理指标，假设温顺性和探索性的差异反映了物种特有的繁殖生活史特征。研究预测行为差异在繁殖和非繁殖个体之间最为显著。研究报告了鹿鼠（Peromyscus maniculatus）行为特征的均值差异，其比红背?（Clethrionomys gapperi）或林跳鼠（Napaeozapus insignis）更具探索性且更不温顺。同时，研究报告了跨物种两种行为的个体间变异均较低。本研究中观察到的种群已知依赖于相似的资源。行为是面对有限资源时促进共存的一个重要但尚未被充分探索的机制。本研究证明了探索性和温顺性的差异与物种的繁殖生活史相关。因此，繁殖史特征以及行为的季节性或年度变化，对于理解促进物种共存的机制可能是一个重要的考量因素。
引言
物种共存是通过稳定化和均等化机制介导的，这些机制减少了种间竞争，并通过资源获取和分配的权衡促进了适合度差异。物种通过性状分化或生态位分区来减少竞争，利用行为或形态学优势来开发资源。例如，空间和时间上觅食努力的差异可以使物种最大化能量获取。跨物种而言，一系列行为、生理和生活史特征促进了资源利用的分化。尽管经典生态位理论预测共现物种在系统发育上相距较远，但生态位分区可以促进近缘分类群之间的共存。最近的研究表明，与资源分区相关的可重复的个体间行为反映了使跨物种共存成为可能的一系列特征。然而，将个体间行为变异作为促进共存机制的研究相对较少。
行为上持续存在的差异，被称为“动物个性”，影响觅食、适合度、寄生虫负荷、资源竞争和社会动态。行为变异通常与生活史和生理特征一起，遵循一个从“快”到“慢”的连续谱。生活史较“快”的物种以更快的新陈代谢、生长和生殖成熟为特征，与较“慢”的物种相比，繁殖输出更高，但死亡率也增加。此外，较“快”的物种通常更大胆、更具探索性且更不温顺，以适应更快的新陈代谢和繁殖输出。
个性特征已被证明在促进物种共存中发挥作用。例如，褐旅鼠（Lemmus trimucronatus）和环颈旅鼠（Dicrostonyx groenlandicus）的栖息地偏好与探索和活动性的差异相关。个体间个性差异也能促进共存，因为个体通过不同的行为策略利用资源。大胆度与空间利用模式密切相关，促进了银行田鼠（Clethrionomys glareolus）和黑线姬鼠（Apodemus agrarius）的共存。个性可以影响扩散、家域大小和觅食策略，因为更大胆、更具探索性的个体更可能扩散得更远，并且是泛化觅食者。例如，红背?的觅食地点选择受温顺性和大胆度影响，较不温顺和较大胆的个体更倾向于在新地点觅食。
温顺性和探索性是反映个体在空间移动和对新刺激参与度上差异的两个特征。探索性不同于大胆度，它反映了在新型、低风险环境中的移动，而大胆度更适合衡量在非新型情境下的冒险行为。相比之下，温顺性是对潜在威胁（即捕食者）的反应，因此是冒险行为的代理指标，因为更温顺的个体通常更厌恶风险。
鉴于探索性和温顺性影响个体在环境中移动和接触新刺激的倾向，个体间差异可以反映资源的获取和消耗。然而，其他能量消耗过程，如繁殖，同样可能受到个性差异的影响，并且相对研究不足。例如，繁殖干扰可能促进空间和时间分离，因为跨物种交配会降低繁殖成功率。同样，繁殖可能间接影响共存，因为与繁殖期间的配偶策略和能量摄入相关的行为变化可能因物种而异。
繁殖是能量消耗巨大的过程，需要在未来繁殖成功和当前自我维持之间进行权衡。许多啮齿动物投资于季节性繁殖策略，以抵消繁殖的能量成本。尽管在有利条件下会发生全年繁殖，但在资源稀缺的地方季节性繁殖很常见，例如在春季繁殖以抵消冬季食物短缺。与空间使用相关的个性特征也会影响繁殖期间同域物种间的相互作用。通常，繁殖个体需要更多资源，并且由于激素状态的变化而更具攻击性，这改变了种间相互作用可能性。因此，如果个性特征反映了使共存成为可能的行为、生理和生活史特征，那么理解不同繁殖阶段个性的差异可能是一个重要的研究组成部分。
鹿鼠、红背?和林跳鼠是三种生态位重叠的啮齿动物物种。所有三种物种都是一妻多夫制，在5月至8月期间产下多窝幼崽。在野生环境中，鹿鼠通常表现出“快”的行为，每个繁殖季节繁殖三到五次，每窝产四到六只幼崽。鹿鼠的妊娠期约为20天，幼崽在2周后独立。鹿鼠的平均寿命为1-2年，在6-8周后达到性成熟。红背?也活1-2年，每窝产仔数从四到五只不等，每个繁殖季节繁殖两到三次。红背?的妊娠期约为2周，幼年红背?在17-20天后独立。红背?在3个月后达到性成熟。相比之下，林跳鼠寿命为4-5年，每个季节繁殖一或两次。林跳鼠每次繁殖事件产生的后代也比鹿鼠和红背?少，每窝产两到四只幼崽。林跳鼠的妊娠期可能需要约30天。幼年林跳鼠在3周后离开巢穴，在2个月后达到性成熟。
尽管生活史存在差异，但共存种群竞争相同的资源。例如，加拿大阿冈昆省立公园共存的北方种群尽管微栖息地不同，但都依赖相同的枫树种子作为食物。此外，所有三种物种都被认为是收入型繁殖啮齿动物，它们在繁殖期间较少依赖储存的脂肪，而是增加觅食摄入以适应与雌性繁殖相关的能量需求增加。
本研究旨在评估同域啮齿动物在繁殖季节不同阶段的行为变异。研究聚焦于三个物种：鹿鼠、红背?和林跳鼠。个性特征可以反映使共存成为可能的行为机制，而繁殖可以影响个性特征。因此，我们假设行为差异将沿着由繁殖生活史特征预测的快-慢连续谱在物种间出现。我们预测，跨物种比较，鹿鼠比红背?和林跳鼠分别更具探索性和更不温顺。鉴于探索性和温顺性有助于资源和配偶的获取，这些行为的差异促进了共存物种间的生态位分区。此外，先前的工作已经证明了近缘啮齿动物在探索性和温顺性行为上存在显著的种间差异。物种特有的繁殖策略也反映了季节性能量投资，并可以影响行为。因此，繁殖季节期间行为的差异可能是减少种内竞争和促进差异性资源获取的一种机制。
材料与方法
采样
所有动物调查均按照劳伦森大学批准的适当动物护理实践（动物护理许可#6011106）进行。于2022年5月至8月在加拿大安大略省阿冈昆省立公园对小鼠和田鼠进行了调查。每个陷阱线由20个Sherman陷阱组成，每10米放置两个。陷阱线每两周在交错的时间表上连续设置三个晚上。每个陷阱在黄昏时放入10-20颗水浸葵花籽和棉絮垫料，并在黎明时检查是否有动物。每天早晨以相同的顺序检查陷阱，以比较较长陷阱禁闭时间对行为的潜在影响。被困个体从Sherman陷阱中收集并放入透明的塑料处理袋中。作为长期标记-重捕研究的一部分，个体被标记上唯一的数字耳标，使用Pesola秤（±0.1克）称重，鉴定性别，并根据体重和毛色分配年龄等级（幼年、亚成年或成年）。此外，评估了当前个体的繁殖状态：雄性基于睾丸可见性分为阴囊下垂或非阴囊下垂；雌性基于怀孕和哺乳的可见迹象分为怀孕、哺乳或非繁殖（未主动表现出持续妊娠或哺乳的迹象）。
行为测试
所有测试直接在野外进行。因此，测试发生在具有不同周围环境、光照水平和林冠的不同地点。捕获的个体在每个陷阱日接受1分钟的手持袋测试或5分钟的开放场地测试。鉴于形态测量数据的收集需要直接在袋中处理个体，所有手持袋测试在收集形态测量数据之前进行，而开放场地测试在此之后进行。手持袋测试用于量化动物对人类存在的反应，作为温顺性的衡量。因此，形态测量数据在手持袋测试之后收集，以尽量减少与处理时间相关的混淆变量。在手持袋测试期间，个体从陷阱释放到透明的塑料袋中，并在手臂长度处悬空1分钟。温顺性被测量为个体保持不动或“冻结”的总秒数。
开放场地测试用于测量在新型、无风险环境中的探索性。在开放场地测试期间，个体从陷阱中取出，经过处理程序，并立即从透明的塑料袋中通过PVC开口引入行为场地。总探索行为被测量为个体执行任何运动（除了梳理）所花费的时间（前进运动、直立或原地抓挠），而非探索时间被测量为在场地内或入口处静止不动的时间，标记为隐藏行为。5分钟测试在个体被成功放入PVC开口后开始。一旦测试开始，观察者离开场地内动物的视线。每次试验之间使用80%醋溶液清洁场地，然后用水冲洗。行为测试使用摄像机在野外录制，随后在实验室中使用录像进行分析。
开放场地测试场地设计
开放场地测试在一个新型塑料场地（51厘米×41厘米×74厘米）内进行，该场地配有一个8.89厘米的PVC开口和一个顶部的网状屏障，以防止个体离开场地，同时仍允许录制。使用的塑料是黑色的，带有一个周围的蓝色塑料盖，该盖子对场地内的个体不可见。
视频处理
视频由BH使用Cow Log v.3.0进行评估，使用预定义的行为谱来量化行为。对于手持袋测试，代码包括“逃脱”、“移动”、“梳理”、“觅食”和“冻结”，其中逃脱和移动行为被合并在一起以测量温顺性。对于开放场地测试，使用的代码是“移动”、“梳理”、“冻结”和“隐藏”，其中探索行为被测量为移动的总时间。对于两项测试，不可见时间指的是由于故障、摄像机位置不当或手持袋测试期间存在棉絮而导致个体未被摄像机充分捕捉的时段。不可见时间超过30秒的个体被排除在数据分析之外。
统计分析
使用统计软件R v.4.2.3进行统计分析。对每个物种的行为变量进行了可重复性分析，以确定每个视频中观察到的行为在个体间是否可重复，从而被认为是个性表型。由于林跳鼠在开放场地测试中没有重复观察，无法测试该物种探索性的可重复性。对于每个模型，执行特定动作的总时间被合并在一起，并定义为总表达行为。对于温顺性，这意味着任何冻结、不移动的行为都被认为是温顺的。对于开放场地测试，行走、奔跑、跳跃、直立和原地抓挠被认为是探索行为。使用R中的rptR包估计每种行为的可重复性，使用5000次自助法和1000次排列。每个模型使用个体身份作为随机效应。
对于每个物种 separately，温顺性数据经过对数转换以满足正态性。使用每项行为测试的第一次实例，仅针对接受过两项测试的个体，使用Spearman相关性检验测量了鹿鼠和红背?的温顺性和探索性之间的相关性。测试事件按该个体的第一次发生或后续测试进行分组。然后使用MCMCglmm包中的贝叶斯马尔可夫链蒙特卡洛多变量模型评估第一次和后续测试事件之间的行为差异，以个体ID作为每项行为测试的随机效应。
然后分别运行MCMC模型，以温顺性或探索性作为响应变量，将所有个体分组为繁殖（雄性为阴囊下垂；雌性为怀孕或哺乳）或非繁殖（雄性为非阴囊下垂；雌性为无可见怀孕或哺乳迹象）。每个模型然后使用年龄、物种、日期和性别作为固定效应，个体ID作为随机效应。日期被用作分类固定效应（五月、六月、七月、八月或九月）。为了计算Rind，使用了归因于个体ID的方差比例除以总方差（随机ID + 残差方差）。对于温顺性，将每个类别与参考水平之间的对数差异反转换以显示大致的秒数差异。
结果
可重复性估计
研究使用了202次手持袋测试的行为观察，包括83只鹿鼠（137次总测试）、48只红背?（65次总测试）和15只林跳鼠（19次总测试）的观察。同时分析了157次开放场地测试，包括84只鹿鼠（93次总测试）、37只红背?（42次总测试）和15只林跳鼠（19次总测试）的观察。只有鹿鼠的温顺性行为表现出显著的可重复性，38%的温顺性变异可归因于个体间差异。关于探索行为，23%的变异与个体间差异相关；然而，这一结果在统计上不显著。鹿鼠的探索性以及红背?的温顺性和探索性均不被认为具有统计显著性。
行为与重复采样之间的关系
Spearman等级相关性检验未揭示任何物种在首次两项测试实例中探索性和温顺性行为之间的显著相关性。对于鹿鼠或红背?，手持袋测试的第一次和后续实例之间在温顺性上没有支持存在强烈差异的证据。同样，对于鹿鼠或红背?，开放场地测试的第一次和后续实例之间在探索性上也没有支持存在差异的证据。因此，物种行为似乎未受到我们调查的任何物种中重复采样的系统性影响。
跨物种温顺性和探索性比较
温顺性模型显示，繁殖个体温顺性的个体间变异为11%。繁殖红背?的平均温顺时间约为38秒。同时，繁殖林跳鼠的平均温顺时间约为45秒。与繁殖鹿鼠相比，繁殖红背?温顺约27秒，林跳鼠温顺约33秒。
相比之下，非繁殖个体温顺性的个体间变异占总方差的22%。非繁殖红背?的平均温顺时间约为44秒。因此，非繁殖红背?比非繁殖鹿鼠温顺约31秒。对于林跳鼠，预测的平均温顺时间约为24秒。非繁殖林跳鼠比非繁殖鹿鼠温顺约11秒。
对于所使用的任何固定效应（年龄、性别或日期）与任一繁殖类别的温顺时间之间，没有支持存在强关联的证据。同时，红背?和林跳鼠之间在对数转换后的温顺性得分上差异可忽略。
繁殖雄性和雌性探索行为的个体间变异占方差的3.8%。处于繁殖类别的雄性和雌性林跳鼠比繁殖鹿鼠的探索性少约64秒，尽管可信区间跨越零，因此不支持探索性存在强烈差异。相比之下，雄性和雌性红背?比鹿鼠的探索性少约75秒。
对于非繁殖雄性和雌性，探索行为的个体间变异占方差的9.8%。非繁殖林跳鼠比鹿鼠的探索性少约45秒，其可信区间跨越零。同样，非繁殖红背?比鹿鼠的探索性少约101秒。在5月份调查的非繁殖雄性和雌性也比8月份调查的非繁殖雄性和雌性探索性更少。因此，物种间在探索行为上存在一些均值差异。
讨论
我们假设繁殖生活史会反映同域物种间的探索性和温顺行为，并且这些差异在季节性繁殖阶段之间更为突出。基于物种生活史特征，我们预测鹿鼠会比红背?更具探索性和更不温顺，并且红背?和鹿鼠都会比林跳鼠更具探索性和更不温顺。然而，我们发现只有鹿鼠 consistently 比红背?和林跳鼠更具探索性和更不温顺。同时，红背?和林跳鼠之间的温顺性差异可忽略不计，而林跳鼠比红背?更具探索性。鉴于本研究中只有鹿鼠的温顺性是可重复的，这里观察到的行为只能用作平均性状表达的代表，并不能完全反映动物个性。同样，我们独立进行了行为测试，采用了“个体博弈”假设，即即使在孤立测量时，个体特征也反映了表型变异。尽管这限制了对行为综合征的解释，但它仍然是检验本研究考察的同域物种共存背后表型变异的一个有效框架。
尽管我们在本种群中没有观察到温顺性和探索性之间的显著关系，但这一结果并不罕见，这可能是由于我们依赖于检查表型相关性。此外，手持袋测试和开放场地测试通常用于测量野生动物的温顺性和探索性；重复接触测试会增加适应度并影响行为。然而，本研究中后续测试并未显示对任一种行为有显著影响。
我们仅观察到鹿鼠温顺性的可重复个体间变异。然而，这种变异并不一定在每个物种中都缺失。例如，使用开放场地测试观察其他鹿鼠（Peromyscus）的研究发现，挣扎时间与探索行为之间存在显著且可重复的个体间相关性，但与体重无关。同样，对普通田鼠（Microtus arvalis）的研究表明，与探索相关的行为是可重复的，并且在某些情况下，这些行为与社会群体动态有关。因此，本研究中观察到的缺乏可重复性可能与个体间重复样本的数量有关。因此，跨季节增加采样可能更好地反映该种群的探索性和温顺行为。鉴于本研究中观察到的行为特征已知在其他种群的近缘系统中是可重复的，本研究的行为观察有助于 ongoing 研究行为如何驱动跨物种相互作用。
此外，在本研究中，我们专注于测量行为个体间变异，以衡量跨物种繁殖生活史特征的关系。个体内变异，使用相同个体的同步行为测试，可能是探索驱动共存机制的另一个潜在途径。确实，我们表明在鹿鼠中，繁殖史与探索性和温顺行为的平均性状表达相关。然而，跨繁殖季节或多个繁殖季节测量个体内变异，有助于我们更好地理解个体繁殖特征及相关激素状态变化如何影响行为。
共存部分依赖于资源获取和分配的权衡。因此，个体经历了资源获取（即觅食）与竞争或捕食风险之间的权衡。觅食倾向受行为和形态特征影响，这些特征促进了风险规避。例如，更大因此更显眼的个体对光更敏感，并响应光照增加而减少觅食努力。当然，生态位分区和空间分离是促进共存的强大机制。本研究中调查的物种主要依赖于枫树种子作物。一些在本研究中未调查的、栖息地和资源利用重叠的啮齿动物物种也竞争相同的资源。例如，东部花鼠（Tamias striatus）和北美红松鼠（Tamiasciurus hudsonicus）是昼行性的，尽管它们可能在栖息地和资源依赖上重叠，但很少发生直接竞争。相比之下，北部和南部飞鼠（Glaucomys sabrinus和 Glaucomys volans）是夜行性的，但具有 vastly 不同的形态特征和觅食策略，并且可能表现出更大的生态位分区努力，因为一些飞鼠更依赖于各种真菌。
相比之下，鹿鼠、红背?和林跳鼠尽管微栖息地偏好存在差异，但经常进行更直接的竞争规避。虽然我们确实观察到跨物种的差异，但我们并未如预期那样观察到繁殖和非繁殖个体之间存在强烈差异。本研究中检查的所有物种都是收入型繁殖者，雌性增加觅食努力以适应繁殖成本，而不是依赖脂肪储备。繁殖季节期间增加的觅食努力也会影响探索性和温顺性，但这种效应不依赖于性别。确实，几项研究观察到了行为与繁殖状态之间的关联，包括信息素诱导的攻击性、为保护免受杀婴行为而增加的警觉性，以及最显著的是，哺乳期雌性的低反应性。行为特征，包括探索性和温顺性，与食物摄入、生产力和种群密度相关。因此，本研究中观察到的繁殖和非繁殖个体在探索性和温顺行为上缺乏差异，可能是由本研究未考察的资源可用性所驱动。
结论
本文探讨的特征突出了物种间的一些行为策略，并有助于推测近缘同域物种之间一些合理的差异。鹿鼠 consistently 比红背?和林跳鼠更具探索性和更不温顺。然而，林跳鼠比红背?更具探索性；同时，这两种物种之间的温顺性差异可忽略不计。同样，几乎没有证据支持同一物种的繁殖或非繁殖个体在任一种行为上存在强烈差异。显然，共现物种通常竞争相同的空间区域和资源。同样，在其他啮齿动物物种中观察到了与探索相关的可重复个体内行为变异。因此，检查行为与物种特定生活史各个组成部分之间的关系对于理解促进共存的机制非常重要。进一步研究生态位分化和行为适应相关的机制可能有助于划分促进共存的进化关系。我们鼓励未来的研究重点关注繁殖、能量学和行为之间潜在关系，作为探索同域物种共存的一个起点。
