研究中用到的浮游性淡水轮虫：花萼臂虫

捕食者-猎物循环是生态系统的基本现象之一：捕食者及其猎物（如狐狸和野兔）的种群大小经常出现有规律的振荡。

近日，在一项长期实验中，由德国奥尔登堡大学的Bernd Blasius教授领导的一个国际研究团队观察了轮虫及其猎物——单细胞藻类的种群在50个周期内的振荡，揭示了捕食者-猎物循环是如何持续的，相关论文发表在最新一期的科学杂志《自然》上，研究人员报告说，尽管在某些短暂的时期，两个种群的正常振荡会被随机振荡打断，但它们总是会自己恢复到正常的节奏。

研究中，Blasius和同事们把存在于淡水中的浮游轮虫——萼花臂尾轮虫（Brachionus calyciflorus）和实验容器中的单细胞绿藻放在一起，以前者作为捕食者，后者为猎物。在一年的观察期内（相当于50多次振荡和大约300代轮虫），研究者发现两者与其他捕食者-猎物一样，建立了一个恒定的循环：藻类数量在6.7天内波动，轮虫数量也是如此，但大约有40个小时的时滞。

之后，他们又进行了几次试验，得出代表约2000个测量日的时间序列。“我们选择的物种繁殖很快，这样就能够在一个相对短的时间内观察到多个捕食周期。”合著者、加拿大麦吉尔大学的生物学家Gregor Fussmann教授说，“但我们仍然花了十多年的时间来收集必要的实验证据用于证明我们的观点。”

利用现代的数据分析方法，研究小组观察了系统中的各种振荡，并确定了这些振荡的时间序列。例如，Blasius和他的团队观察到，轮虫的生命阶段（卵、性成熟和死亡）也会周期性地波动。Blasius说：“我们主要观察到了捕食者和猎物种群的周期性波动，这种波动几乎以恒定的间隔出现。然而，出乎意料的是，在没有明显的外部影响的情况下，这些有规律的振荡会不断地被短而不规则的周期所打断。”Blasius解释道。在此期间，轮虫和藻类的数量持续波动，但研究小组未能观察到波动之间的固定时间跨度。然而，在很短的时间之后，原始的时间序列会自动重新建立。研究人员能够在他们的数学模型中重现类似的变化：“这证明了生态系统的弹性，换句话说，生态系统能够在随机中断后独立恢复到原始状态，”Blasius说。

研究人员的分析还表明，捕食者-猎物循环是以生态群落中不同过程的规则序列为基础的。在这项研究中，研究小组提出了一种数学方法来确定其他生物系统中这些有规律的过程。例如，研究人员说，用这种方法可以在复杂的数据集中识别不同物种和循环或季节序列之间的相互作用。

编译：花花 审稿：三水 责编：张梦

期刊来源： 《自然》

期刊编号： 0028-0836

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