整个槲寄生植物的临时易位，以了解动物觅食决策的机制基础

摘要

这项工作概述了一个简单的实验程序，用于量化自由生活动物觅食决策的行为驱动因素，暂时将槲寄生植物重新定位到新位置并测量访问率。

摘要

结果槲寄生提供了一个模型系统，用于理解觅食动物在寻找食物时做出的决定。动物在何处、何时以及如何找到食物是许多生态问题的核心，与个体觅食决定的基础以及这些决定在多大程度上是先天或后天获得的有关。生态学家特别关注食果动物，量化它们对具有特定形状、颜色或气味的水果的偏好，随着时间的推移，这些水果会赋予它们喜欢的植物一系列特征的选择，这些植物会传播种子。

这项工作概述了一种新颖的实验方法来纵食用植物的出现和测量野生、自由生活的动物的反应，非常适合研究种子传播的进化起源和生态维持。这种 “剪切和粘贴 ”方案包括从宿主中取出整个结果槲寄生植物，然后将其放回原来的位置或移动到新的位置，将其贴在相同或不同树种的 “伪宿主 ”上。通过计算对槲寄生的访问次数并注意持续时间、物种和行为，一系列比较可以辨别影响觅食决定的最重要因素以及对植物和动物的后果。在这里，该方案通过案例研究来说明，以确定槲寄生食果动物的公会间差异。

实验方法梳理了搜索图像形成和细化、空间学习、觅食策略的种间差异以及这些变化如何改变种子传播效果的机制基础。最后，在解决有关觅食生态学、植物-动物相互作用和协同进化的其他问题方面考虑了潜在的修改。

引言

动物如何找到食物？这是一个看似简单的问题，将认知、感官知觉和代谢需求与栖息地结构、种间相互作用以及资源可用性随空间和时间的变化相结合。对这个主题的理解的大部分概念进步都来自对圈养动物的研究，其中资源质量、数量和可及性可以纵 ^1,2。虽然有助于确定食物的感官能力、定性偏好和营养品质，但圈养方法并不能揭示动物如何在野外满足这些需求。

关于自由生活动物资源使用的早期实验研究试图了解生物体在决定在其他地方觅食之前将达到的食物供应下限（Charnov 边际价值定理³）。这种方法被称为“放弃密度”，量化了动物愿意承受多少风险——例如，松鼠在可检测到捕食者的不同密度的林地觅食时，每平方米准备留下多少橡子⁴。虽然该框架已应用于广泛的食物资源和生态系统，但该方法的必然构建基础限制了其应用，并可能混淆对报告差异的解释⁵。此外，放弃密度的决定因素更多地与警惕性、栖息地偏好和竞争有关，而不是觅食生态学（统称为恐惧生态学⁶）。这种方法很少能够捕捉到野外食物资源对自由生活的动物的吸引力。因此，对食果动物的研究通常基于对野生行为的观察，从结果行为中得出对植物和动物的影响。

食果动物在选择果实时做出的觅食决定可能取决于植物在丰度、质量和季节性可用性方面物理表达的许多不同特征。水果定位、食用和通过肠道的难易程度也在食果动物的选择中发挥作用，这使得区分潜在的习得行为和遗传行为变得很棘手。目前的工作引入了一种纵资源可用性和位置的新方法，以测量野生、自由生活的动物在自然栖息地觅食时的反应。这种方法非常适合解决有关不同动物用来定位食物的线索的问题——在这里展示的案例中，半寄生槲寄生植物富含能量的果实。该方法包括从寄主树上移除整个槲寄生植物，并将它们重新安置到相同或不同物种的其他树木上。

请注意，所介绍的案例研究侧重于水果、食果动物以及膳食广度与种子传播影响之间的相互作用。然而，对于食蜜动物或食叶动物的工作，相同的方法可以分别应用于开花的槲寄生或非生殖的槲寄生。槲寄生是这种方法的理想模型，在世界各地的林地和森林中都可以找到，并且有各种各样的动物光顾⁷。在水果方面，尽管大多数研究都集中在几乎不吃其他东西的槲寄生水果专家⁸，但大量多面手和饮食更广泛的机会主义者经常食用槲寄生水果⁹。最后，它们的大小、生长习性和相貌使它们特别适合实验作¹⁰。

对半干旱林地系统的研究表明，树叶密度影响了槲寄生对食果鸟类的感知¹¹，但许多问题仍未得到解答。鸟类会寻找槲寄还是结果的槲寄？对于那些依赖单一宿主物种的槲寄生种群，鸟类是优先寻找槲寄生还是它们的主要宿主？主要、偶尔或机会主义地觅食槲寄生果实的群体是否使用不同的线索来寻找槲寄生果实？

为了回答这些问题并解耦宿主身份、空间背景和槲寄生位置对鸟类访问的影响，设计了一种新颖的搬迁协议;该实验被用作案例研究。该协议通过分步说明进行说明，以确定鸟类如何在结构复杂的林地中寻找水果。除了探索使用这种技术容易解决的其他问题外，还考虑了如何将这种方法与其他生态田间方法相结合，以了解森林和林地树冠中觅食生态学的机制基础。

这种实验方法的最初应用是通过重新定位整个槲寄生植物来确定鸟类如何在异质林地树冠中寻找食物。该协议为期 2 天——在第 1 天选择槲寄生进行作，然后在第 2 天固定、观察和分离槲寄生。连续几天进行重复试验;在第一次试验的第二天选择用于下一次试验的槲寄生。在说明性案例研究中，比较了三个不同宿主位置之间的鸟类对槲寄居的访问，这里称为处理。

为此，从其寄主植物上切下一株结果的灰槲寄生 （Amyema quandang） 植物，并连接到以下三个位置之一：1） 其 原始寄主 树，2） 伪寄主 树，或 3） 一棵新型寄主 树。 原始宿主 处理在控制切割效果的同时保持空间位置和宿主同一性常数。 伪宿主 治疗包括将槲寄生暂时固定在与宿主相同物种的不同个体上（在本案例研究中，Yarran （Acacia homalophylla）），但几乎没有现有的槲寄生来区分空间记忆 与 宿主关联的作用。 新颖的宿主， 一个不以槲寄生为宿主的不同树种的个体（对于案例研究网站，白柏松 （Callitris glaucophylla））澄清了槲寄生水果消费者使用的搜索图像是否与槲寄生本身或主要宿主有关。

研究方案

该实验方案是在悉尼科技大学动物研究局指导方针 （UTS ACEC 2013-745） 的规定下开发和实验试验的。该协议不需要处理动物。在国家公园和野生动物科学许可证 （SL101337） 的许可下，对本地植物进行了实验作。

1. 确定合适的地点、物种和道德考虑

1. 选择生态系统类型和研究地点。
   1. 寻找一个合适的地点，有丰富的槲寄生，一个普通的槲寄生宿主，以及至少一种通常不寄生的乔木/灌木。
      注：该案例研究是在澳大利亚新南威尔士州的半干旱林地进行的。
2. 确定一年中与研究相关的生态相关时间。
   1. 预先确定槲寄生的时间。请注意，这可能是一年中的不同时间，具体取决于给定区域的季节性概况。
      注意：在这种情况下，槲寄生物种在春夏季的几个月内会结果。
3. 选择满足研究问题的补丁大小。
   1. 如果观察到的物种具有领地性，请选择反映这一点的斑块大小。
   2. 如果槲寄生物种的丰度是斑驳的，请选择几个斑块，并准备好在统计分析中反映差异。
4. 确定所选生态系统和位置中的优势物种。
   注：在案例研究地点，优势树冠物种包括 Callitris glaucophylla （白柏松）、 Acacia homalophylla （Yarran） 和 Casuarina cristata （Belah），其次优势林分是 Allocasuarina luehmannii （Buloke） 和 Eucalyptus populneus （Bimble box）。 Amyema quandang （灰槲寄生;Loranthaceae）是该地区的主要槲寄生，几乎只生长在研究地点的 Acacia homalophylla （Yarran） 上。
5. 确定目标槲寄生并熟悉在其上觅食的动物。
   注：例如，在案例研究中，灰槲寄生产生淡黄色的肉质果实¹²，被两种槲寄生专业食果动物（槲寄生鸟、Dicaeidae、Dicaeum hirundinaceum 和彩绘吸蜜鸟、Meliphagidae、Grantiella picta）和四种多面手食果动物（Silvereye、Zosterops lateralis;多刺颊吸蜜鸟（Acanthagenys rufogularis）;歌唱吸蜜鸟，Lichenstomus virescens; 条纹吸蜜鸟（Plectorhyncha lanceolata），许多其他物种机会主义地吃掉果实，偶尔传播种子^13,12。
6. 考虑到完成每个 2 天重复试验所需的总天数，为研究选择理想的重复次数。为了减少实验运行的天数，请让观察者同时观察两个重复，两个重复之间保持足够的距离，以尽量减少干扰。
   注：在案例研究中，在 60 天的过程中，为三种重新定位处理（60 个单独的槲寄生）中的每一种收集了 20 个重复的数据，每个重复 1 天的观察，在治疗中随机分配。
7. 进行一项试点研究，通过比较访问与有和没有用胶水密封的槲寄生的槲寄生，延长从寄主植物上割下的槲寄生的活力。
   1. 如果在每次试验的 12 小时内枯萎或鸟类访问方面没有差异，则认为槲寄生保持足够的活力直到下午晚些时候。
   2. 如果剪槲寄生的鸟类访问量明显较低，请选择不同的槲寄生物种和/或蒸发较慢的更潮湿的环境。
8. 确保所有相关权限都已到位，以收集本地植物和观察野生动物。由于该协议涉及从树冠上切割活的槲寄生，因此请避免在受保护关注的槲寄生种群中工作。此外，鉴于许多动物依赖槲寄生作为食物来源和筑巢/栖息地，请确保实验不会对所调查的生态群落造成持久的破坏。
   1. 从相关政府机构获得适当的许可，并咨询研究人员所在机构的动物护理和伦理委员会，平衡任何短期影响与拟议研究的科学价值。请注意，此方法不需要显式要求 wildlife 处理。

2. 确定目标个体槲寄生-宿主对

1. 至少在进行实验前 1 天，在适当的宿主上找到合适的槲寄生植物，如果相关，还可以在适当的 伪宿主 或 新宿主上找到合适的槲寄生植物。
   1. 选择固定槲寄生的位置时，请确保树枝足够坚固以承受槲寄生的重量。
   2. 在选择目标单个槲寄生时，请考虑宿主树枝的厚度以及所选槲寄生是在树枝的末端还是中间生长。
      1. 不要选择直径超过 70 毫米的寄主枝条或沿着仍然有寄主叶子的寄主枝条中长的槲寄生枝条。或者，修剪吸器上方的这些树枝，以避免剪断寄主枝或将寄主叶子与槲寄生一起运输的困难。
   3. 选择新的宿主位置，以便将槲寄生固定在与生长相同的方向上，例如，如果它的树枝都以泪滴状下垂，请确保它们在新位置也这样做（图 2）。
   4. 仔细检查每个候选槲寄生，以确保它们内部或附近没有活跃的巢穴。
   5. 选择可以在黎明前安全到达并从宿主身上移走的槲寄生植物。如果要使用梯子，请确保每棵树下方的地面没有蛇、动物洞穴和障碍物。
   6. 注意物候（即存在成熟的果实或开放的花朵）。
2. 记录实验植物的详细信息。在不显眼的情况下标记目标植物对，以避免打扰动物，例如，不显眼的织物标签、棍子或附近地面上的木桩或 GPS 坐标。

3. 切割槲寄生

1. 在观察当天黎明前至少 1 小时，使用干净的修枝锯将槲寄生从宿主中取出。
   1. 根据槲寄生的分枝模式，切开吸器的任一侧，但切开与宿主连接的近端（即上游），并去除整个槲寄生。
   2. 切割时要小心，先进行底切，以尽量减少对寄主树的损害。请记住要处于有利位置和/或让第二个人协助此过程，因为脱落的槲寄生可能比预期的要重。
      1. 对于较大的槲寄生植物，在脱落前将其牢固地系在槲寄生上之前，先将一段绳子缠绕在寄主枝条的近端部分（树干和吸器之间），使植物能够安全地降低到地面，而不会丢失通常很脆的树枝。
   3. 每次去除槲寄生后，用乙醇彻底清洁锯子。

4. 连接（粘贴）槲寄生

1. 取出槲寄生后，使用黑色扎带将其固定在最终位置。确保槲寄生不会在风中不自然地摆动，也不会在较大的动物落在上面时脱落。使电缆扎带尽可能不显眼，剪掉长端，不要留下垃圾供好奇的动物发现。
2. 如步骤 2.1.3 中所述，确保重新定位的植物固定在与其原始生长习性相似的方向上。

5. 收集访问数据

1. 除了记录动物种类和访问持续时间外，还收集行为数据以区分不同类型的访问，包括主动觅食昆虫、访问和探查花朵、吃水果、激动互动和懒散。使用带有双筒望远镜或前一天晚上安装的运动激活相机的定时手表。
   1. 如果使用摄像头，请使用不同的灵敏度设置和位置进行初步试验，以最大限度地减少误触发。
   2. 对于定时手表，从一个有利位置同时观察多个槲寄。在此期间，通过从 5-10 m 的距离直接观察来记录对搬迁的槲寄生的每次访问，记下每只鸟的身份和每次访问的持续时间（根据¹¹）。将访问物种分为三个基于饮食的功能组。
      注意：本案例研究使用了这种方法，上午 7：30 至下午 6：30 之间的观察期约为 6.5 小时，上午和下午分两个街区，避开了白天鸟类活动很少的炎热，同时仍捕捉到高峰觅食活动^14,15。

6. 收集有关槲寄生植物位置的上下文数据

1. 除了注意每种植物是对照（即切割并返回其原始位置）还是重新定位的植物外，还记录宿主的属性（物种、高度、直径）、槲寄生（大小、叶子密度、物候、高度、纵横、果实数量）和环境（到最近的槲寄生的距离，到其他结果/开花植物的距离）。
2. 使用槲寄生和伪宿主的光点监测作为传统定量数据收集的有效补充，图像分析软件能够轻松生成树冠闭合和其他面貌属性的估计值。

7. 观察结束任务

1. 对于种子传播研究，通过计算实验期间前后成熟果实的总数来估计去除的果实数量。在取出槲寄生之前，检查地面是否有果帽或掉落的水果。
2. 在每个数据收集日结束时，一旦收集了探视数据，就移除搬迁的槲寄生并收集所有扎带和任何标记胶带或标签。

结果

在 60 个重复中收集了总计 392 小时的观察数据，其中 26 个复制的槲寄生接受了 15 种鸟类的访问。为了确定访问的鸟类是否更喜欢一种治疗而不是另一种治疗，使用具有负二项分布（^{在 18,19} 之后）的广义线性模型 （GzLMs） ¹⁷ 分析访问数据。四个变量作为协变量包括：寄主高度、寄主冠层覆盖、宿主上的槲寄生...

讨论

这种新方法代表了一种经济高效的方法，可以理解物种和喂养公会之间觅食差异的机制基础，揭示了先前学习和空间意识在确定鸟类如何在结构复杂的环境中找到成熟果实的关键作用。通过将空间位置与其他邻近线索解耦，可以证明多面手食果动物会访问已知位置的植物，而不是依赖与特定栖息地的关联，而专家则使用更接近的资源可用性线索，而不管空间背景如何。

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Alcohol cleansing pads	Forestry Suppliers	25557	SmartCompliance First Aid Cabinet Refill
Ladder	Forestry Suppliers	90905	Telesteps 12.5’ Telescopic Ladder
Motion-triggered camera	Forestry Suppliers	91269	Reconyx HF2X HyperFire 2 Camera
Nylon cable ties	Forestry Suppliers	17032	Black is the preferred color
Pruning Saw	Forestry Suppliers	81154	Folding model is preferred to minimize injury, with pole mounted saws advisable if ladders cannot be used to accesss high plants