《Mammalian Biology》：Who knows poo? Inaccuracy of scat identifications in the field necessitates genetic confirmation of scat donors
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本研究针对非洲大型食肉动物粪便野外鉴定存在高误差率的问题，通过基因确认技术评估了狮子(Panthera leo)、豹(P. pardus)和猎豹(Acinonyx jubatus)粪便的误判情况。结果显示21%的野外鉴定豹粪实为猎豹粪便，6.7%的狮粪实为豹粪。基于基因确认的食性分析表明，传统鉴定方法会扭曲豹的猎物大小类群贡献率和食性重叠度评估。该研究强调非侵入性采样必须结合基因确认，以确保食肉动物生态学研究的准确性。
在非洲广袤的草原上，狮子、豹和猎豹等大型食肉动物扮演着至关重要的生态角色。然而，这些神秘莫测的捕食者行踪诡秘，使得直接观察其行为变得异常困难。正是在这样的背景下，非侵入性采样技术应运而生——通过分析动物留下的粪便，科学家们能够获取关于食性、种群数量和压力水平等宝贵信息。但问题在于，当不同物种的粪便在外观上惊人相似时，我们如何确保这些"天然档案"被正确归档？
传统上，研究人员依赖粪便的形态特征（如颜色、大小、分段等）和沉积特征进行物种鉴定。然而，在物种多样性高的生态系统中，这种方法面临着严峻挑战。特别是在非洲草原，这里栖息着多达六种体型相似、食性重叠的大型陆生食肉动物，它们的粪便极易被混淆。尽管北美、欧洲和亚洲的研究已多次揭示野外粪便鉴定的高误差率，但非洲地区的相关研究却寥寥无几。这种鉴定误差可能导致对食肉动物生态的误解，进而影响保护策略的制定。
为了填补这一知识空白，研究人员在2014-2016年间，跨越林波波跨国保护区（包括克鲁格国家公园、林波波国家公园等）开展了系统的粪便收集工作。研究团队采用训练有素的探测犬，在道路可达区域进行随机采样，共收集了314份被鉴定为狮粪和413份被鉴定为豹粪的样本。这些样本随后被送往瑞典农业科学大学分子生态学组进行DNA提取和基因分型分析。
研究采用了先进的单核苷酸多态性(SNP)面板技术，分别使用针对狮子和豹的96个SNP面板进行基因分型。虽然尚未开发出专门的猎豹SNP面板，但研究人员发现猎豹样本在豹SNP面板上显示出独特的纯合子模式，这一发现通过对猎豹组织样本的测试得到验证。在成功提取DNA的样本中，基因分析确认了134份狮粪、213份豹粪和58份猎豹粪的身份。
令人惊讶的是，基因分析结果显示野外鉴定的误差率相当高：21.03%的野外鉴定豹粪实为猎豹粪便，3.69%为狮粪；而6.72%的野外鉴定狮粪实为豹粪，0.75%为猎豹粪。正如预测的那样，体型更为接近的猎豹和豹之间粪便混淆的概率显著高于它们与狮子之间的混淆概率。
研究人员进一步比较了基于野外鉴定和基因确认的食性分析结果。他们使用广义生物量模型计算了不同体型等级猎物（极小：<5 kg，小：5-25 kg，中：25-100 kg，大：>100 kg）的相对生物量贡献，采用标准化的莱文指数计算食性宽度，使用皮安卡指数评估食性重叠，并通过雅各布斯指数分析猎物偏好。
在克鲁格国家公园，基于野外鉴定的豹食性分析显示中小型猎物贡献了13.9%和63.5%的相对生物量，而基因确认的结果则分别为23.7%和50.1%。在林波波国家公园，基于野外鉴定的分析表明豹偏好捻角羚(Tragelaphus strepsiceros)和角马(Connochaetes taurinus)，而基因确认的结果显示豹实际上回避这些物种。此外，基于野外鉴定的分析低估了狮子和豹之间的食性重叠程度（皮安卡指数：0.26），而基因确认的结果显示更高的重叠度（0.40）。
非度量多维标度排序和相似性分析显示，尽管不同鉴定方法得到的食性描述在统计上无显著差异，但SIMPER分析表明水牛(Syncerus caffer)和黑斑羚(Aepyceros melampus)等物种是造成差异的主要贡献者。
主要技术方法包括：使用训练探测犬进行系统粪便采样；采用Zymo快速DNA提取试剂盒进行粪便DNA提取；利用Fluidigm Biomark系统进行SNP基因分型；应用广义生物量模型和多种生态学指数（莱文指数、皮安卡指数、雅各布斯指数）进行食性分析；通过非度量多维标度排序和相似性分析评估食性差异。
不准确的粪便野外鉴定如何影响食性描述？
研究发现，豹的食性描述受鉴定方法影响最为明显。在克鲁格国家公园，基于野外鉴定的分析高估了中型猎物的重要性，同时低估了小型和大型猎物的贡献。猎物偏好分析也显示，基于不同鉴定方法得出的结论存在显著差异。
食性宽度和重叠度是否受鉴定方法影响？
虽然食性宽度在不同鉴定方法间无显著差异，但食性重叠度却受到影响。特别是在克鲁格国家公园，基于基因确认的分析显示狮子和豹的食性重叠度高于基于野外鉴定的估计。
不同物种间的混淆模式有何特点？
研究证实，体型相近的物种间更容易发生粪便混淆。猎豹粪便更常被误认为豹粪而非狮粪，这与预测一致，支持了体型相似物种间更易混淆的假设。
这项研究的意义不仅在于揭示了非洲大型食肉动物粪便鉴定的误差率，更重要的是强调了基因确认在非侵入性采样中的必要性。尽管分子分析存在成本较高的挑战，但考虑到错误鉴定可能导致的生态学误解，这项投资显得尤为必要。从同一批粪便样本中，研究人员不仅能够确认物种身份，还能获取关于食性、种群遗传和种群大小的多重信息，实现了研究效率的最大化。
研究人员强调，在无法进行基因确认的情况下，应采取必要预防措施（如目击排便、确保研究地点无其他食肉动物等）来保证样本来源的可靠性。随着非侵入性采样技术在生态学研究中的广泛应用，确保数据准确性已成为当务之急。这项发表于《Mammalian Biology》的研究为未来食肉动物生态学研究设立了新的标准，提醒我们在追寻自然真相的道路上，即使是看似简单的粪便鉴定，也需要科学严谨的态度和先进技术的支持。
