秦岭牛科动物对山地环境的功能形态与行为生态的适应对策研究

Takin (Budorcas taxicolor), serow (Capricornis milneedwardsii) and Chinese goral (Naemorhedus griseus) are three bovids in the Qinling Mountains, China. They have formed different adaptive strategies to survive in alpine forest habitat during the endless evolutionary process. This project will establish the relevancy between behavioral pattern of animals and their habitat characters in mountain area through the advanced technique of animal locating, tracking and observation, and the relevancy between abiotic factors of habitats and animal shape character and functional morphology of locomotor system through the technique of zootomy, biomechanics and computer simulation, to further study the relationship between morphology and behavior of the three bovids and their adapted mountainous habitats. We will analyze animal difference in habitat use and effects of ecological factors on animal shape and functional configuration of skeletal system, and explore ecological adaptation of the three bovids to mountainous environment, and further clarify the role of the difference in functional morphology and behavior ecology in the coexistent mechanism of ungulates. The results of this project will have important significance not only on explaining evolutional adaptation mechanism of coexistence of the three bovids, but also on further studying coexistent mechanism and correlative theory of montane herbivores.

羚牛、鬣羚和斑羚是秦岭地区仅有的3种牛科动物。它们在漫长的进化过程中，各自形成了不同的适应山地森林生境的存活对策。本项目拟以这三种牛科动物为对象，借助先进的动物定位与追踪观察技术建立动物行为模式与山地栖息地特征之间的关联，采用动物解剖技术、生物力学实验及计算机模拟技术建立栖息地的非生物因子与动物的外形特征和运动系统的功能形态之间的关联，研究三种动物的形态及行为与其山地生活环境之间的关系。通过分析动物栖息地利用的差异，及生态因子对动物外部形态、骨骼特征及运动系统形态功能等方面的影响，本项目将探索三种牛科动物对山地环境的生态适应性，以揭示其功能形态与行为生态学上的差异在有蹄类动物共存机制中的作用。本项目成果不仅对于解释三种牛科动物共存的进化适应机制具有重要的意义，也对今后深入研究山地草食动物的共存机制及相关理论具有着重要的意义。

羚牛、鬣羚和斑羚是秦岭地区仅有的三种牛科动物。在漫长的进化过程中它们各自形成了不同的适应山地森林生境的存活对策。本项目以这三种牛科动物为对象，借助先进的动物定位与追踪观察技术辅以野外踪迹取样建立了动物空间行为与山地栖息地特征之间的关联，采用动物解剖技术、生物力学实验及模拟分析技术建立了栖息地坡度因子与动物的外形特征和骨骼系统的功能形态之间的关联，研究三种动物的形态及行为与其山地环境之间的关系，探讨了它们对山地环境的功能形态与行为生态的适应对策。功能形态研究的结果表明，鼻腔是影响它们头骨形态差异的重要因子之一，隆起的鼻部体现了大型羚牛对高氧需求的一种功能形态适应；羚牛股骨、掌骨和跖骨均更为粗壮，鬣羚和斑羚有比羚牛更高的掌骨弹性模量和极限强度；鬣羚的跖骨弹性模量最大，羚牛的最小；羚牛和斑羚的跖骨极限强度明显更低；推知羚牛因体型大而在攀爬能力上要比鬣羚和斑羚差，使鬣羚和斑羚更能适应在陡峭的山地活动。行为生态研究的结果表明，三种牛科动物在空间生态位上表现出一定的分离，羚牛偏好利用高海拔分布的针阔叶混交林和冷杉林，冷杉林对斑羚重要，而鬣羚则喜欢有高大乔木的针阔叶混交林；在冬春季，羚牛偏好海拔相对较低的上坡位，鬣羚在海拔相对较高、隐蔽性好的区域，而斑羚则在海拔相对较低但相对陡峭的区域活动；在夏秋季，羚牛偏好在高海拔相对平缓的坡地，斑羚偏好在坡陡及隐蔽性好的区域活动，鬣羚则偏好在相对平坦及郁闭度高的区域活动；斑羚在各季节均能在相对陡峭的区域活动，而羚牛和鬣羚则多利用15-45º的缓坡栖息。模型分析的结果表明，羚牛股骨应力值在坡度从15°到45°变化时迅速增加，最小载荷出现在15-30度的坡度条件下；骨的应力分布及其所承受的载荷在不同栖息环境中存在差别，这使羚牛股骨、掌骨和跖骨表现出适应山地活动的形态特征。本项成果对于解释三种牛科动物共存的进化适应机制及今后深入研究山地草食动物的共存机制与理论具有重要意义。