DNA证据表明食草动物的食物远不止草

夏季，一群野牛在黄石国家公园的草地上吃着花草。图片来源：汉娜·霍夫。

然而，由布朗大学生物学家与黄石国家公园科学家合作领导的一项由联邦政府资助的新研究表明，食草动物所吃的植物种类往往比以前认识到的要广泛得多，这取决于它们所面临的条件。

这项发表在《美国国家科学院院刊》上的研究发现，长期以来根据草类在食草动物饮食中所占比例对其进行分类的方法过于简化了现实。布朗大学生态学、进化和生物体生物学副教授、该研究的共同作者泰勒·卡茨内尔（Tyler Kartzinel）解释说，这种分类系统可能会忽略同一物种内个体饮食的重要差异，以及不同物种之间可能出现的相似性。

“这促使生物学家思考，我们是否在自然界中发现了一些模式，这些模式强化了我们对动物应该做什么的认知，而不是它们实际上在做什么，”卡茨内尔说。“这有力地证明了，在黄石公园，我们把动物放进了一个物种的所有成员的分类框里，却没有考虑到物种内部饮食行为的差异，或者——或许更重要的是——不同物种之间的一些相似之处。”

卡茨内尔指出，这样的研究可以为预测野生动物如何在不断变化的景观中利用资源提供宝贵的见解，特别是在保护方法存在争议的背景下。

“这些发现对于理解如此多的大型哺乳动物物种如何在黄石公园共同生存至关重要，”卡茨内尔说道。“我们的研究结果表明，维持植物多样性是维持迁徙野生动物多样性的关键条件。”

过去七年来，研究小组一直在研究黄石公园的动物如何寻找和选择食物。在去年发表于《皇家学会开放科学》杂志的一项研究中，他们专注于识别公园内每种食草动物的典型觅食模式。

在最新的研究中，科学家们再次与黄石公园的研究人员合作，监测了五种大型食草动物：叉角羚、大角羊、黑尾鹿、麋鹿和野牛。他们收集了追踪动物的植物样本和粪便。在布朗大学，研究人员使用DNA宏条形码技术对样本进行了分析，以确定它们食用的具体植物。该团队还应用了简单的人工智能方法来评估黄石公园动物群中存在多少种不同的饮食模式，以及每个物种是否都保持着各自独特的饮食类型。

研究人员发现，冬季野牛即使被雪冻住，也会继续寻找草。图片来源：汉娜·霍夫

布朗大学生态学、进化和有机体生物学博士生汉娜·霍夫（Hannah Hoff）分享了她在植物学和数据科学领域的背景。霍夫在布朗大学生物学和数据科学教授索希尼·拉马钱德兰（Sohini Ramachandran）的研讨会上受到启发，将机器学习方法与基因分析相结合，对食草动物的摄食行为有了更深入的了解。

研究表明，物种间饮食差异并不像科学家预期的那么明显。事实上，不同物种的个体通常饮食中存在很大一部分是相同的，相似程度会随着地点和季节的变化而变化。

一项关键发现是，进食模式可能更多地受可用资源而非物种特征的影响。在夏季，多种动物倾向于以草地栖息地中营养丰富的野花为食，而在冬季，许多动物则转向以针叶树和灌木为主的食物。

在冬季，尤其是野牛（但不限于野牛）倾向于继续寻找草和类似的食物，即使它们被雪冻住了，而一些较小的食草动物，如黑尾鹿和叉角羚，则倾向于更剧烈地转向以常绿树为食。

“事实证明，正确的问题不是‘那个物种吃草吗？’”卡茨内尔说，“而是‘它现在正在吃草吗？’”

作为一名植物生态学家，霍夫采取了植物前沿的方法来了解这个生态群落。

“人们有时倾向于将植被视为一种静态的‘栖息地类型’，而不是将其视为一组具有各自独特生态环境、相互作用的动态物种，”霍夫说道。“我们将饮食分组的分析集中在区分这些植物种类上，这使我们能够探究季节性、营养和空间分布如何影响食草动物的觅食——这些见解可能会被广泛的饮食分类所掩盖。”

卡茨内尔表示，这一发现不仅给科学家，也给反传统的动物们带来了教训。

“想象一下，一群野牛本应都是食草动物，但其中有一两头却像食草动物一样喜欢吃东西，”卡茨内尔说道。“科学家们讲述这个故事的传统方式可能是将这种差异视为异常或不重要而忽略不计。但这样的发现表明，饮食多样性实际上是正常的，我们也应该讲述食草野牛的故事。”

编译自/scitechdaily