一项新的研究采用现代方法重新评估了生物学中的一项基础研究，该研究解释了生态相似的树莺物种如何共存。研究团队检查了13种树莺的觅食行为、物理特征、饮食和进化历史，发现这些鸣禽的共存方式比最初所提议的更为复杂。
一场在你后院鸟食器上的鸟类争斗突显了动物在自然界中面临的资源竞争有时是多么激烈，但一些生态相似的物种似乎能够和平共存。现代生态学创始人之一的罗伯特·麦卡锡（Robert MacArthur）在对鸣禽的经典研究中提出，相似的树莺——以昆虫为食、色彩斑斓的森林鸣禽——能够在同一棵树上生活，因为它们实际上占据树木的略微不同位置，并且可能会吃不同的昆虫。现在，一项新的研究使用现代技术重新审视麦卡锡的观察，这些观察至今仍被用作当今生物学教科书中的例子。
由宾夕法尼亚州立大学和美国鸟类保护协会的研究人员主导的新项目表明，这些鸣禽的共存方式比麦卡锡最初提出的更为复杂。该研究考察了树莺的觅食行为、物理特征、饮食和进化历史，今天（4月16日）发表于《生物学快报》（Biology Letters）期刊上。
生态学领域的一个基本原则描述了竞争相同基本资源（如食物或栖息地）的两个物种无法在同一地区无限期共存。最终，一个物种将更成功并取代另一个。在他1958年的开创性论文中，麦卡锡描述了五种生活在同一棵树上的树莺，被认为是“生态等效”的物种，实际上可以通过在同一棵树的不同部分觅食而共存。例如，有些鸟在树干附近觅食，而其他鸟则在更远的树枝上觅食，还有一些鸟在另一棵树的顶部觅食，而其他鸟则在底部觅食。
“麦卡锡认为我们需要更仔细地观察物种相互作用，”宾夕法尼亚州立大学Eberly科学学院生物学Louis Martarano职业发展教授和论文作者David Toews说。“我们希望用现代技术重新审视这一观点，使用麦卡锡时代不可用的分子方法和进化视角。这使我们不仅能够直接量化它们的饮食，还能更好地理解树莺如何划分它们的栖息地，以及我们今天所见的现象可能是如何受到树莺进化历史上的竞争所塑造的。”
研究团队研究了在纽约东北部森林中共存的13种树莺，这些鸟在夏季繁殖。他们观察了鸟类的觅食行为超过20年，例如收集关于鸟在树中的高度、叶子密度和离树干的距离等信息。他们还在五个夏季收集了鸟类的粪便样本，以评估鸟类的饮食内容，该饮食包括昆虫和蜘蛛。此外，研究人员还从两个公共数据库获取了每种物种的物理特征和鸟喙的测量数据。
“麦卡锡研究的含义是，如果鸟类在树的不同区域觅食，那么它们吃的东西就是不同的，”Toews说。“麦卡锡试图使用来自他同事的数据进行测试，这些同事尝试分析来自胃内容物的昆虫碎片，但这偏向于未消化的碎片，而这些碎片的识别非常困难。现在，我们可以从粪便样本中提取DNA，并使用一种称为粪便元条形码的方法来查看鸟类吃了哪些昆虫物种。”
研究人员像麦卡锡一样发现，鸟类的觅食行为在物种之间有很大不同。
“鸟的大小和形状是许多压力在进化时间尺度上作用的结果，但包括我们自己的许多研究都表明，这些压力中最主要的是觅食行为，”美国鸟类保护协会BirdsPlus索引经理、论文作者Eliot Miller说。
因此，研究人员发现，觅食差异与鸟类的物理特征相关。例如，体型较小的鸟在觅食时往往更常悬停，而腿骨较长的鸟则倾向于在靠近地面的地方觅食。然而，饮食差异微小。
“我们研究的鸟类共同消费了成千上万种节肢动物，而它们的饮食中有相当多的重叠，”Toews说。“饮食的差异非常微妙，我们发现密切相关的物种的饮食更为相似。这表明麦卡锡对饮食的强调可能部分不当，尽管通过在树的不同部分觅食划分资源的总体思想是正确的。”
Toews表示，这些鸟在觅食时似乎具有机会主义特征。超过75%的粪便样本中含有该地区最常见的昆虫——唧唧飞，并且超过一半的样本中含有一种常见的入侵性叶象虫。
“由于觅食行为的显著差异，我们相信竞争塑造了这些物种今天的觅食方式，以及它们在进化时间上演化出觅食的方式，”Miller说。“但我们未见许多饮食差异，因此其他力量可能更直接地影响了树莺的进化。值得注意的是，这些鸟冬季迁徙到中美洲和南美洲，因此这些地方的资源竞争以及迁徙的压力也可能塑造我们今天看到的特征。”
研究人员表示，他们希望进一步调查树莺在其越冬地点的饮食和觅食行为。他们还计划分析食物来源的营养质量，以查看竞争是否影响了饮食的这一方面。
“Toews说，麦卡锡确实是对的，这些树莺在栖息地的划分上非常细致，但这比他最初认为的要复杂一些。人们常常在鸟食器中观察到物种之间的竞争相互作用，这类研究表明，几百年前或几千年前发生的这种相互作用如何塑造了我们今天看到的物种。”
除了Toews和Miller，宾夕法尼亚州立大学的研究团队还包括Andrew Wood，他在研究期间是Toews实验室的研究技术人员，现为明尼苏达大学达卢斯的环境基因组学研究员，以及Marcella Baiz，她在研究期间是Toews实验室的博士后研究员，现为布法罗大学生物科学助理教授。团队还包括来自英国达勒姆大学的Andreanna Welch、史密森国家动物园和保护生物学研究所的Robert Fleischer以及德克萨斯科技大学的Adrienne Dale。
该工作得到了美国国家科学基金会、施密特科学、康奈尔鸟类学实验室、宾夕法尼亚州立大学、宾夕法尼亚州立大学Eberly科学学院和宾夕法尼亚州立大学Huck生命科学研究所的资助。
