乌干达卡林祖森林黑猩猩与猴类碳氮稳定同位素生态位分化与个体内膳食动态研究

《American Journal of Primatology》：Carbon and Nitrogen Stable Isotopic Profiling of Chimpanzees and Monkeys in Kalinzu Forest Reserve, Uganda

本研究通过碳氮稳定同位素分析，揭示了乌干达卡林祖森林保护区内黑猩猩（Pan troglodytes schweinfurthii）与四种猴类（Cercopithecus mitis, C. ascanius, Allochrocebus lhoesti, Colobus guereza）的膳食生态位差异。研究发现，该地区植物与黑猩猩毛发均表现出低于区域降雨量预测值的δ13Cbulk值。种间比较与氨基酸特异性氮同位素（CSIA-AA）初步分析表明，卡林祖黑猩猩的动物性食物（faunivory）摄入程度低于同域分布的猴类。此外，对一只成年雄性黑猩猩（Kobo）毛发进行超精细分段（1毫米/段，约3天/段）时序分析，发现其δ13Cbulk与δ15Nbulk值在约10天内波动超过1‰，揭示了此前未被观察到的日内至周尺度膳食变化。本研究强调了在利用稳定同位素数据解释行为与环境特征时，需充分考虑未受控的生态变异性和隐藏的个体内膳食变化。

　　

引言

稳定同位素分析是灵长类生态学中研究食性和栖息地利用的重要工具，其中黑猩猩是研究最为深入的物种。然而，少有研究利用此方法比较黑猩猩与其他灵长类的膳食生态位，或探究个体内膳食变异，这限制了对稳定同位素数据与丰富行为观测数据之间可比性的理解。本研究报道了乌干达卡林祖森林保护区内野生东黑猩猩及另外四种灵长类物种毛发的碳氮稳定同位素比率。

材料与方法

研究地点为乌干达卡林祖森林保护区。灵长类毛发和食物样本于2013年7月至2017年5月期间采集。黑猩猩毛发主要从地面巢穴和理毛地点非侵入性收集，其他灵长类毛发多来自森林内发现的尸体。用于超精细时序分析的毛发样本采集自一只成年雄性黑猩猩（Kobo）的新鲜尸体。植物样本在2013年、2015年的干湿季分批次采集。样品经过清洗、脂质提取等前处理后，使用元素分析-同位素比值质谱仪（EA-IRMS）进行整体碳氮稳定同位素（δ¹³C_bulk, δ¹⁵N_bulk）分析。对选定毛发样本进行了氨基酸特异性氮同位素（δ¹⁵N_AA）分析。并对Kobo的单根毛发进行了1毫米分段的超精细切割，以研究日到周尺度的膳食变化。行为学观察采用扫描取样法记录灵长类行为。数据分析使用R软件进行线性混合模型（LMMs）等统计检验。营养级（TP）通过谷氨酸（Glu）和苯丙氨酸（Phe）的δ¹⁵N值计算。

植物整体稳定同位素比率

被灵长类取食的植物物种与部位的δ¹³C_bulk和δ¹⁵N_bulk平均值分别为-30.1±3.1‰和3.5±1.1‰。线性混合模型显示，叶片的δ¹³C_bulk值显著低于果实，来自亚冠层的植物样本δ¹³C_bulk值显著低于冠层样本，髓心等部位的δ¹⁵N_bulk值显著低于果实，而来自林下层的样本δ¹⁵N_bulk值显著高于冠层样本。

灵长类毛发整体稳定同位素比率

五种灵长类物种成年个体毛发的δ¹³C_bulk和δ¹⁵N_bulk平均值范围分别为-24.6‰至-21.8‰和6.2‰至11.3‰。黑猩猩的δ¹³C_bulk和δ¹⁵N_bulk值均为最低。L'Hoest猴的δ¹³C_bulk和δ¹⁵N_bulk值最高。黑猩猩与白眉猴的毛发δ¹³C_bulk值存在显著差异。与黑猩猩相比，白眉猴、L'Hoest猴和红尾猴的δ¹⁵N_bulk值显著更高。幼年个体的δ¹⁵N_bulk值显著高于非幼年个体。黑猩猩未发现显著的性别差异。卡林祖黑猩猩及其食物植物的δ¹³C_bulk值均低于基于非洲多个研究点年降雨量与稳定同位素比率关系所预测的值，但δ¹⁵N_bulk值与预测值接近。

黑猩猩毛发时序分析

对成年雄性黑猩猩Kobo毛发的超精细时序分析揭示了日到周尺度的δ¹³C_bulk和δ¹⁵N_bulk值的快速波动。在死亡前84天内，代表约3天饮食记录的1毫米毛发片段的δ¹³C_bulk和δ¹⁵N_bulk值波动范围分别为-24.7‰至-23.7‰和6.5‰至8.0‰。在死亡前9天内δ¹³C_bulk值出现1.0‰的升高，死亡前12天内δ¹⁵N_bulk值出现1.4‰的升高及随后1.0‰的降低。若将1毫米片段平均为假设的5毫米片段（约半个月），则此类快速波动被掩盖。行为记录显示，在δ¹³C_bulk值快速升高期间，未观测到动物性食物取食行为。

灵长类毛发化合物特异性稳定同位素分析

黑猩猩、白眉猴和L'Hoest猴的δ¹⁵N_Phe值相似，表明它们具有相似的氮源。δ¹⁵N_Glu值在黑猩猩中最低，在白眉猴和L'Hoest猴中较高。计算得出的营养级（TP）分别为黑猩猩1.6-1.7，白眉猴2.0，L'Hoest猴2.4。该初步结果表明，黑猩猩和白眉猴的主要膳食氮源来自植物，而L'Hoest猴的膳食中包含了较多来自较高营养级（如昆虫）的食物。

讨论

生态系统间的稳定同位素变异

卡林祖黑猩猩毛发和食物植物的稳定同位素比率与基于降雨量的预测基本一致，但δ¹³C_bulk值偏低，这反映了影响基线植物稳定同位素比率的环境因素，而非黑猩猩独特的食性习惯，强调了分析食物植物稳定同位素比率对于解释灵长类组织数据的重要性。

灵长类物种间的稳定同位素变异

种间比较表明白眉猴和L'Hoest猴可能摄入更多动物性蛋白。L'Hoest猴较高的δ¹⁵N_bulk值与其以陆地无脊椎动物为主食的行为一致。白眉猴较高的整体稳定同位素值可能受其依赖有限种类植物叶片以及未知生理机制的影响。幼年个体较高的δ¹⁵N_bulk值反映了母乳喂养的贡献。

个体内变异

超精细时序分析揭示了此前在非人灵长类毛发序列分析中未观察到的快速稳定同位素波动。这表明对组织进行时间平均化的常规分析可能掩盖个体内真实的膳食变异性。将超精细时序稳定同位素分析与行为观察相结合，为研究难以连续观测个体的膳食动态提供了新途径。未来需提高分段精度和通量以推广应用。

结论

本研究通过稳定同位素分析描绘了卡林祖森林灵长类的膳食生态位。黑猩猩表现出较低的动物性食物摄入。毛发超精细分段分析成功捕获到个体内日到周尺度的膳食波动。研究表明，通过改进和审慎应用稳定同位素方法，可以在灵长类生态学中获得与行为观察相媲美的详细数据。