基于稳定同位素研究大熊猫食性特化历史及其在生态系统中的营养等级

The food selection of animal reflects its ability adapting to their ecosystem. Traditionally, studies on animals’ diet mainly focus on extant animals’ foraging strategy and its relationship with their ecosystem, rarely on their diet shifting. With an evolutionary history of 8 million years, the giant panda eventually evolved into a high-specialized diet consumer, feeding on bamboos with low nutrition and high fiber. It has been shown that pandas can survive well on the bamboo diet. As a highly diet-specialized member of Carnivora, the feeding behaviors and the ecological niches their evolutionary ancestors occupied are always key questions to scientist. A stable isotopes based study will allow us to unveil the feeding behaviors, ecological niches and trophic position the giant panda occupied in different evolutionary periods by analyzing the stable isotopic composition of teeth, bones from extant and extinct giant pandas and their sympatric animals. This study will provide us with direct evidence underlying the giant panda’s diet specialization, and improve our understanding to the adaptive mechanism of giant pandas to the environment during their evolutionary history. Besides, our research will provide scientific basis for the conservation and management of giant panda and its habitat in the future.

动物的食物选择反应其对生存环境的适应。传统的动物食性研究主要关注现生动物的觅食策略及其与环境之间的关系，而很少探讨动物食性的演化问题。大熊猫已有八百万年的历史，在长期的演化过程中其食性逐渐特化为以各种低营养高纤维的竹子为食。研究表明，现生大熊猫已对食竹产生了很好的适应性，而作为高度专食的食肉目物种，其历史上的食性与生活环境特征则一直是重要的科学问题。本项目拟利用稳定同位素分析方法，通过对现生与化石大熊猫及其伴生动物的骨骼、牙齿等样品进行稳定同位素组成分析，以期揭示不同时期大熊猫的食性与生活环境特征及其在生态系统中的营养等级。研究结果将为我们提供大熊猫食性特化历史的直接证据，让我们更好地理解大熊猫在演化过程中对环境的适应策略，为未来大熊猫及其栖息地的保护与管理提供科学依据。

大熊猫在分类上属于古老的食肉目物种，却在漫长演化过程中逐渐特化为以各种竹子为食。化石数据表明，大熊猫属于更新世著名的“大熊猫—剑齿象古生物群”的重要成员。大熊猫在与其同期分布的大型食肉动物早已灭绝的情况下生存至今，是否与其食性特化食密切相关，其食性演化、历史生存环境及其在生态系统中的营养级特征，一直是重要科学问题。本项目利用稳定同位素技术，对现生和历史大熊猫的食性特征及其在生态系统中的营养等级进行研究，探讨其历史生存环境特征，构建其食性特化历史及时间。通过测定现生大熊猫及其同域分布的食肉动物、食草动物骨胶原蛋白的碳、氮稳定同位素值，确定了现生大熊猫在当前栖息地中的同位素营养生态位。食肉动物、食草动物和大熊猫明显处于不同的三个生态位，其中大熊猫最低，可能是现生大熊猫专食竹子造成的原因。对全新世中期遗址中出土的食肉动物、食草动物及大熊猫等动物的骨骼进行碳、氮稳定同位素测定，得到两个明显分开的生态位——食肉动物与食草动物和大熊猫。生活在云南的距今5000-8000年的大熊猫与当时的食草动物处于同一个营养生态位，氮稳定同位素值与现生个体完全不同，而遗址附近的现生哺乳动物的稳定同位素值与全新世中期的均无差异，表明该区域的生态系统并无太大变化，因此，这种差异表明大熊猫当时很可能并不是专食竹子。对来自不同化石点的大熊猫骨骼样品的测定显示，它们的稳定同位素值与现生大熊猫的差异显著，且变异系数较大，表明历史时期大熊猫食性的复杂性。模型模拟历史和现生大熊猫的同位素营养生态位宽度大小，发现历史大熊猫的营养生态位宽度约为现生的3倍，并有部分重合。氧同位素测定显示，大熊猫的历史栖息环境比现在的更为复杂。该研究结果揭示了大熊猫食性的演化和生活环境的变化过程，为我们更好地理解大熊猫这一古老而神秘的物种的演化问题提供了直接证据。