Marine Biological Association of the United Kingdom, The Laboratory, Citadel Hill, Plymouth PL1 2PB, UK.
J Anim Ecol. 2012 Mar;81(2):432-42. doi: 10.1111/j.1365-2656.2011.01914.x. Epub 2011 Oct 17.
搜索过程在物理、化学和生物系统中起着重要作用。在动物觅食中,捕食者应该使用何种搜索策略来最优地搜索猎物是一个持久的问题。一些模型表明,当猎物稀疏分布时,一种最优的搜索模式是一种专门的随机游走,称为 Lévy 飞行,而当猎物丰富时,简单的布朗运动就足够有效。这些预测构成了所谓的 Lévy 飞行觅食假说(LFF)的一部分,该假说指出,由于 Lévy 飞行优化了随机搜索,因此当对目标(例如猎物)的位置不完全了解时,通过最优 Lévy 飞行近似的运动可能在生物体中自然进化,以增强与目标的相遇。
然而,自由放养的捕食者是否会根据已知的猎物类型和分布表现出 LFF 假设中预测的运动模式,尚未确定。我们使用电子标记的顶级捕食者——大白鲨 Carcharodon carcharias 的垂直和水平运动数据对此进行了测试,这些数据来自反映不同猎物类型的广泛不同的栖息地。
个体大白鲨的运动模式很好地预测了 LFF 假设下预期的猎物类型。当在丰富、可预测的猎物来源(例如海豹群、鱼类聚集区)附近捕猎时,鲨鱼的运动最接近布朗运动,而当在海洋或大陆架环境中搜索稀疏分布或潜在难以检测的猎物时,运动则接近截断的 Lévy 飞行。
在预测的猎物场中,截断 Lévy 飞行和布朗行为的运动模式都存在,这表明大白鲨采用的搜索策略似乎是在观察到这些模式的栖息地中遇到猎物最有效的策略。这表明 C. carcharias 似乎能够表现出近似最优的搜索模式,以应对猎物类型和丰度的变化,并在从冲浪区到深海的各种海洋栖息地中表现出来。
我们的结果为 LFF 假设提供了一些支持。然而,大白鲨观察到的 Lévy 模式可能不是源自适应性行为,而是可能源自猎物复杂(例如分形)分布之间的简单直线运动的涌现特性。需要在脊椎动物中进行实验研究,以在没有复杂猎物分布的情况下测试 Lévy 行为模式的存在。