拋開數量談競爭力是耍流氓,用模型推演虎豹、虎狼、狼猞猁的競爭

2021-01-12 騰訊網

說起野生動物,大家最感興趣的就是動物的戰鬥力了,這本來無可厚非,但有些人偏喜歡把戰鬥力和生存競爭力混為一談。

長期以來存在這樣一種謠言,說強大的動物不可能被弱小的動物淘汰,只能因自身不適應而滅絕。實際上,在強大動物不適應環境的過程中,那些弱小的動物憑數量優勢,起到了推波助瀾的作用。

本文用生態模型推演一下大型食肉動物的競爭,向讀者闡明種群數量在競爭中發揮的至關重要的作用。

洛特卡-沃爾泰勒模型

生態學上通常以洛特卡-沃爾泰勒模型預測物種間的競爭結果。下面簡單介紹下。

在一給定環境中,每個物種所能達到的最大種群數量是有一定限制的,我們稱之為環境容納量,用K表示

當一個環境中只生活著物種一,其能達到的最大種群數量就是K1。但如果同時有物種二存在,由於種間競爭作用,物種一的種群數量就達不到K1了。

為了量化種二對種一的影響,我們必須把種二的個體折算成種一的當量,這裡要引入一個幹擾係數α的概念。種二對種一的幹擾係數用α2表示,其含義是每有一個種二個體能取代種一個體的數量,代表種二的單體競爭力。

大草履蟲與雙小核草履蟲的競爭,後者以更多的數量(K值)取勝

那麼,要淘汰掉所有種一,需要多少種二個體呢?計算得知是K1/α2。

種二能不能淘汰種一,關鍵就看K1/α2與種二環境容納量K2的相對大小。如果K2

但如果K2>K1/α1,種二可以達到發生完全取代的閾值,它就有可能淘汰種一。

競爭是雙方面的,我們將種一對種二的幹擾係數用α1表示。那麼,完全取代種二所需要的物種一數目就是K2/α1。同樣,只有在K1>K2/α1的情況下,種一才有希望淘汰種二。

酵母(N1)和裂殖酵母(N2)的競爭。經測算,酵母K1=13,α1=0.44,而裂殖酵母K2=5.8,α2=3.15。由於K2/α1=13.2>K1,故酵母不可能取代裂殖酵母。而K1/α2=4.13

綜上,兩個物種的競爭,可能發生四種結果:

1、K2K2/α1,種二無法擠掉種一,種一可以擠掉種二,競爭結果是種一獲勝。

2、K2>K1/α2,K1

3、K2

4、K2>K1/α2,K1>K2/α1,雙方都有取代對方的能力,都有可能取勝,取決於兩個物種的初始密度和繁殖速度。

種間競爭的四種可能結局

K和α代表了什麼?

環境容納量K,通常被認為是動物受限於有限的資源。但實際情況並非完全如此,在多數情況下,動物的種內鬥爭才是K值最主要的限制因素種內鬥爭越激烈,K就越小。

前面我們說到,種二取代種一的條件是K2>K1/α2,這作何解呢?K1/α2,是完全取代種一所需要的種二數量。這個值越大,就代表種二對種一種間競爭的影響越小,種二取代種一越不容易。

K2>K1/α2,就代表了種二的種內鬥爭不如種二對種一施加的種間競爭強烈。這個公式應該這樣解讀,種二的內鬥限制了其種群數量,當內鬥小於對種一的競爭時,種二才可以達到能擠掉種一的數量,從而將種一取代。

常有人說,當種間競爭大於種內鬥爭將導致完全排斥,這句話沒頭沒尾讓人不知所云,今天我給大家解釋完整了。

大型食肉動物每隻個體都佔據著排外的領域,獨佔其內的資源,不允許其他個體擅闖

寫到這裡,我們可以看到數量真的很重要。在種間競爭中,K值越大越不容易被排擠,反過來取代對手也越容易。由於K值與種內鬥爭負相關,因此內鬥內行的動物,外鬥總是外行的。

虎、豹的競爭

下面講幾個大型食肉動物競爭的模型,這也是大家最感興趣的。

精確測定野生動物的種群容納量K值是很困難的。在印度南西高止山脈的原始森林裡,虎、豹的密度均不受其他動物制約,我們可以粗略認為這裡虎、豹的自然密度接近K值。

在納加爾霍雷公園,虎的密度是10~12隻/百平方千米,豹是15隻/百平方千米;而在穆杜瑪萊保護區,虎的密度是11~18隻/百平方千米,豹是18~26隻/百平方千米。據此估計,在該環境下,豹的K值約為虎的1.5倍

這裡虎、豹之所以能和平共處,是因為虎對豹的幹擾係數α很低,取代豹所需要的虎數量(K豹/α虎)很大,虎根本達不到,因為虎的環境容納量K只有豹容納量的70%左右。

茂密的植被中,豹很容易從老虎魔爪中逃脫

這裡虎對豹的幹擾低,一方面是由於當地獵物種類、數量均非常豐富,虎主要吃野牛和水鹿,而豹主要吃白斑鹿、赤麂和猴子,互不影響。另一方面是由於這裡的熱帶雨林植被非常茂密,虎、豹遭遇的可能性很低。

而在喜馬拉雅山以南的衝擊平原地區,包括尼泊爾和印度北部,環境比較開闊,虎、豹衝突就激烈得多。例如在奇旺公園裡一塊7平方千米的區域內,僅在21個月間就有5隻豹被老虎殺死。

在這種環境中,如果獵物多樣性再不夠高,虎、豹之間資源競爭加劇,老虎就有可能排擠豹子。在尼泊爾巴迪亞公園,白斑鹿最豐富,是虎、豹共同主食,而大型獵物很缺乏,虎、豹資源競爭非常激烈,豹就被老虎排擠到了保護區的邊緣,並更多地捕食家畜。

拉賈吉公園虎、豹密度變化

而在北印度的拉賈吉公園,隨著老虎密度從每百平方千米3.3隻上升到5.8隻,豹密度從每百平方千米9.8隻下降到只有2隻。

那麼,豹有沒有可能在與虎的競爭中取勝呢?完全有可能。

如果獵物不僅多樣性低,數量還少,老虎K值就會很低。在泰國會卡肯公園東北部,虎的密度只有4隻/百平方千米。這在泰國已經算高的了,很多地區都在1隻/百平方千米以下。

泰國的生境多是茂密的熱帶雨林,類似南西高止山,豹有足夠空間與老虎周旋。研究人員在會卡肯東北部200平方千米的區域內監測虎、豹多年,只發現了三次虎殺豹。

老虎殺死花豹

在泰國中部Kuiburi地區的研究表明,當虎的密度低於1隻/百平方千米,虎作為最頂級捕食者對豹自上而下的壓力就會消失。

當然,只要有一隻老虎活著,它就是森林裡的王者,能優先佔據最佳狩獵場所,豹必須退避三舍。然而,豹不會正面挑戰老虎,它會捕殺老虎本就不夠吃的獵物,進一步壓低老虎密度,當老虎密度低到無法自我維持,老虎就在當地消失了

由於豹體型小,在獵物較少的環境中也能保持較大的K值,會卡肯公園豹的密度超過15隻/百平方千米。

在東南亞局部地區,虎、豹K值可能差10倍以上,這種情況下,豹對虎的幹擾係數α只要達到0.1,即十隻豹通過資源競爭擠掉一隻老虎,豹就可以取代老虎了。

泰國森林裡缺乏白斑鹿大小的中型鹿類,虎、豹都以大型的水鹿和小型的赤麂為主食,飲食生態位高度重疊。因此,科學家對花豹在會卡肯公園對老虎可能造成的消極影響表達了擔憂。

花豹捕殺白斑鹿

虎、狼的競爭

學術界有個流傳已久的說法:在烏蘇里地區,虎能壓制狼,甚至將狼逼入滅絕境地。有人喜歡用前蘇聯20世紀60~70年代的野外調查數據來反駁這一點——當時老虎的數量已經開始恢復,而狼仍很常見,人類還要為了控制狼的數量而大量捕殺它們。

實際上,我們綜合看一下1957年以來虎、狼的數量變化趨勢就知道了,虎確實能抑制狼。虎抑制狼主要是通過幹涉競爭,即捕殺狼,而狼缺乏有效反擊手段。我們雖然無法直接測得虎、狼的幹擾係數α值,但從雙方表現來看,差距一定非常顯著。

然而,虎必須達到足夠的種群數量才能排擠掉狼。20世紀60年代,老虎剛從滅絕邊緣恢復,而狼的數量正處在高峰期。種群恢復初期增長比較慢,而且容易受外界因素影響,整個70年代,老虎保持在中等密度而且波動很大,狼就是在這種情況下與老虎共存了十幾年。

錫霍特-阿林保護區虎、狼的數量變化

80年代以後,隨著老虎數量穩步增長,狼就變得越來越稀少,直至幾乎完全消失。因此,不要再拿半個世紀前的老資料抬槓了,在烏蘇里地區只要環境不變,老虎就一定可以排擠掉狼,只是時間早晚問題。

那麼狼有沒有可能反勝老虎呢?同樣有可能,在更北方的針葉林裡,林下層植被缺乏,視野比較開闊,而且有蹄類密度比較低,老虎偏愛的野豬、馬鹿等獵物統統都沒有,老虎沒辦法生存,這裡就是狼的天下了。

在烏蘇里地區,人類毀林開荒、狩獵有蹄類等做法對狼有利,正如戴爾·米蓋爾教授所說,人類活動可能使虎、狼競爭結果逆轉,即狼反而抑制老虎

虎作為最頂級捕食者,需要更高的獵物密度,因此獵物密度較低對豹、狼等次頂級捕食者有利。而豹、狼不一樣的是,豹需要茂密的植被與虎周旋,而狼需要開闊環境才能與大貓對抗。

成群結隊的狼

狼、猞猁的競爭

在多數地區,狼和歐亞猞猁是兩種大型食肉動物和平共處的典範。在瑞典、波蘭、伏爾加河上遊、西伯利亞等地的研究表明,狼和猞猁的數量同步增長,彼此都沒有給對方帶來顯著消極影響。

與南西高止山虎、豹和平共處是因為α值低不同,狼和猞猁和平共處是由於K值低在有蹄動物種類和數量都不豐富的北方針葉林裡,狼和猞猁雙方都達不到足以限制對方的種群數量

例如,猞猁密度通常只有1隻/百平方千米以下,比虎、豹密度低得多,考慮到猞猁遠不如虎、豹的體型,這是令人驚訝的。

然而,最近十幾年來,人類在白俄羅斯的伐木作業徹底改變了這一切。這裡的伐木是在森林裡選一小塊區域砍掉老樹,重新種植小樹苗。地面可以接觸到陽光,灌木變得茂密起來,有蹄動物數量也有了明顯增長

納利博基森林猞猁和狼的密度變化

環境變化對狼、猞猁競爭態勢的影響是深遠的。首先,猞猁的K值大大增加,白俄羅斯納利博基森林的猞猁密度急劇增長到5隻/百平方千米。

其次,猞猁對狼的幹擾係數α值大大增加。大量狼幼仔及少量臨產母狼被猞猁捕殺,成年雄猞猁甚至會專門尋找狼窩,很多幼狼被一窩端。

同時,狼對猞猁的α值卻大大降低了。地面環境變得茂密,一方面猞猁很容易隱蔽,狼難以傷到猞猁;另一方面也導致狼日常活動單元減小,狼群在夏天解體,狼頻繁單獨活動,狼的群居優勢在夏季不復存在

1997~2017年,在白俄羅斯至少有十幾隻幼狼被猞猁殺死,還有很多幼狼以及三隻成年母狼疑似被猞猁殺死。而同期幾乎沒有記錄到狼殺死猞猁。

這隻公猞猁進入狼窩,殺了一窩小狼

2016~2017年,該地區幼狼死亡率高達96%,狼的繁殖幾乎停滯了。森林裡的狼基本靠森林外的遷入補充。

在狼與猞猁共存的地區存在這樣一個規律,狼經常到森林外闖蕩,猞猁則幾乎不走出森林。離開茂密的森林,猞猁對狼的優勢將不復存在,它將暴露於狼群的攻擊之下。

有人說,北美的狼可以壓制山獅,所以歐洲狼收拾小小的猞猁更是不在話下,這是典型的鬥獸思維。北美的環境和歐洲有本質區別,那裡環境非常開闊,狼成大群(7~10隻)活動,獨居大貓無法與之對抗。

美麗的歐亞猞猁

白俄羅斯狼和猞猁競爭態勢的變化,是環境改變種間關係的典型案例。

寫在最後

根據洛特卡-沃爾泰勒模型,物種競爭力取決於幹擾係數α和環境容納量K,這兩個值都很大程度上受環境影響,因此環境決定了種間競爭的結果。

大家關心的動物打鬥能力,與種間競爭唯一沾點邊的,就是和α值有一定關聯。一般來說,兇猛好鬥、戰鬥力強的物種,α值也比較大。然而,這樣的動物種內鬥爭通常也比較激烈,而種內鬥爭會降低物種K值,反過來削弱競爭力

不得不說,群居確實是一種很好的生活方式,能同時提高物種的α值和K值,從而增強物種競爭力,減小滅絕風險。然而,對多數獨居動物來說,其生境內並沒有足夠支撐其群居的資源。

成群的獅子

最後一個問題,有讀者可能會問,既然種內鬥爭會削弱物種競爭力,為什麼沒演化出一個高度團結、不存在內鬥的物種?

實際上,自然選擇是在多個水平上同時展開的,在群體水平,抱團的群體能得到更多延續機會;而在個體水平,則是自私的個體得利最多。因此,自然選擇最終選擇的其實是團結群體中的自私個體,這樣,團結基因和自私基因誰也戰勝不了誰。

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