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猎豹追杀羚羊:该配合你上演的我演视而不睹……

gecimao 发表于 2019-03-13 03:52 | 查看: | 回复:

  想象一下,有一天你不小心穿越到了一只高角羚体内,正在稀树草原上吃草。突然,一只潜行已久的猎豹从不远处一跃而起,以闪电般的速度向你冲来。这时的你该怎么办?

  你想到的可能是拼了命地逃走,毕竟这可是一不小心就掉脑袋的事。但科学家们的最新发现却十分出乎意料:捕食者与被捕食者都没有跑出能力之内的最高速度,而是通常保持在最高速度的80%左右。

  肌肉在奔跑中发挥着极其重要的作用。猎豹和羚羊都有两种肌纤维,通常分为快肌和慢肌两类,后者比前者的收缩速度更慢,产生的拉力更小,但消耗的能量也更少[2]。由于食物所含的能量比较低,所以对于斑马和高角羚这类食草动物来说,多使用慢肌是在躲避捕食和保存体能之间保持平衡的一个策略[3]。

  突然暴起的猎豹是很多食草动物的梦魇。图片来源:摄影:Malene Thyssen

  但慢肌纤维显然无法支持高速奔跑,对高速运动贡献最大的还是快肌纤维。科学家研究了猎豹、狮子、高角羚和斑马四个物种,结果发现,虽然四个物种的肌肉收缩速度差不多,但狮子和猎豹的肌纤维可以产生比各自的猎物高出20%的拉力[1],因此捕食者在这场军备竞赛是中占据上风的。

  看到这儿你会发现,如果高角羚和猎豹直线赛跑的话,很可能会落入猎豹的口中。但是,聪明的羚羊会“脑筋急转弯”呀!眼看着猎豹步步紧逼,羚羊灵机一动,来了个大转弯,这时候,处于高速奔跑状态中的猎豹根本“刹不住车”,等这只大猫转过弯来,敏捷的羚羊已经跑出很远了。

  突然改变方向是甩开追兵的好办法。图片来源:摄影:Arturo de Frias

  所以,如果被捕食者只是直线加速,大猫们完全可以预测猎物的轨迹,紧追不舍——别忘了,狮子和猎豹都比各自的猎物速度更快。所以面对身后的短跑高手,斑马和高角羚都选择了通过突然拐弯来甩开猎手。这样一来,保持一个较低的速度,可以使得斑马和高角羚转向范围变大,路线更难以预测,而且大猫也不得不放慢速度,以免被急转弯的猎物甩开。

  这个有趣的发现来自以英国皇家兽医学院的Alan Wilson为首的科学家们,他们通过建立定量模型进行研究。

  为了给电光石火的捕猎过程建立定量模型,研究者们给捕食者和被捕食者都戴上了装有全球定位系统(GPS)和加速度计的项圈,在观察了数千次追猎过程之后,得到了奔跑过程中每一步的速度、加速度和轨迹信息。另外,研究者还对每一只带项圈的个体进行了肌纤维取样,来确定奔跑过程中起主要作用的股二头肌的力量。

  这里的研究难点是,在同一个追猎过程中,研究者通常只能得到一方的项圈数据(因为很难等到一只戴项圈的猎豹恰好看上一只戴项圈的高角羚)。为了探究生死关头的见招拆招,他们对大猫追上猎物之前的两步动作建立了数学模型,模拟不同情况下追逃双方在每个时间点可以选择的策略,比如直线加速或者改变方向。

  对追猎过程的数学模拟。红圈和蓝圈分别代表猎物和捕猎者的可能位置,蓝圈覆盖红圈的范围越大,捕猎成功率越高。高角羚速度越快,两步中可以到达的范围越小,被猎豹活动范围覆盖的可能性就越大。图片来源:参考文献[1]

  真实的追猎数据表明模拟是成功的。在现实中,斑马和高角羚频繁地做出90度转向的动作,而狮子和猎豹相应地需要常常减速拐弯,一直保持自己的速度只比目标快上那么一点点——这恰恰就是模拟中得出的最优化捕猎策略。

  Farnhill还从项圈测定的奔跑速度发现,捕食者们也更善于加速和减速。这符合我们对于捕食关系的预期——大猫们总得比自己的猎物更快一些才不会饿死。斑马和高角羚的策略则不同,它们需要考虑节约能量和逃避追捕之间的平衡,而且作为一个种群,可以允许少量个体被捕食,所以不会一味争取比捕食者们更快。

  有趣的是,在模拟中,狮子追猎高角羚的成功概率非常低。相应地,狮子在现实中也只会偶尔去碰碰高角羚的运气,而不会执念于此。这也进一步反映出捕食关系的特化——在漫长的演化过程中,每一对大猫和猎物的组合都互相适应着对方的速度和策略,精打细算地分配自己的能量,维持着大猫足以糊口、猎物种群足以延续的捕猎成功率。(编辑:明天,阿珂的剑)

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