材料和方法
样本采集和维护
成人X（X）.莱维斯在南非西开普省Jonkershoek鱼类孵化场（−33.9631°S；18.9252°E），使用以鸡肝为饵的漏斗陷阱在野外捕获。全部捕获爪蟾用无源综合应答器（PIT）标签标记。C.尖音用50升装有水和干草的实验盆从自然定居人群中采集。从Jonkershoek采集的捕食者被运送到Welgevallen实验农场（−33.9426°S；18.8664°E），并在±500 l的储罐中最多保存两周。捕食者以鸡肝为食随意。遵循所有适用的机构和/或国家动物护理和使用指南，并获得Stellenbosch大学研究伦理委员会（SU-ACUD15-00011）授予的实验伦理许可。采集许可证由CapeNature颁发（许可证编号AAA007-00159-0056）。
实验程序
量化X·莱维斯掠夺C.尖音蚊子依赖于消费者的体型，我们进行了3×5析因试验，其中三种体型的捕食者与五种猎物密度在独立试验中杂交。根据捕食者的鼻孔长度（SVL，mm；平均值±SD），捕食者被分为三个大小等级：小（21.0±3.9）、中（54.6±2.6）和大（113.3±4.6）。C.尖音使用的幼虫通过筛网筛分进行大小分类（胸长7-9mm），均为四龄幼虫。猎物密度处理为20、50、100、200和500只幼虫/±500升矩形介壳，密度分别为0.04、0.1、0.2、0.4和1只蚊子/升。单一捕食者的处理被随机分配并重复四次。
2016年3月15日至5月13日，在斯特伦博什Welgevallen实验农场进行了单个±500 l矩形介观体的实验。中间层是容量为1000升的矩形塑料箱，其中一半装满50厘米深的水（体积约500升），并用筛网覆盖以防止任何干扰。这些青蛙在每天晚上到午夜之间活动(Ringeis等人，2017年)而蚊子幼虫始终悬浮在水面。在实验试验前24小时，将捕食者置于介观环境中以适应环境。饥饿水平通过不喂食标准化爪蟾实验前48小时。实验于18:00开始，添加蚊子幼虫，并在第二天08:00 14小时后清除捕食者后完成。对剩余的猎物进行计数，以确定捕食者的功能性反应。在实验期间，我们保持了一个具有最高猎物密度但没有捕食者的中间生态系统，以评估短期背景死亡率或恢复中的偏差。我们没有观察到死亡，并从这些对照中重新捕获了所有幼虫。因此，我们假设背景死亡率由以下原因引起赛诺普s在实验试验中的捕食作用可以忽略不计。
统计分析
所有功能响应均在R v3.3.1中建模(R核心团队，2013)使用“修士”包(Pritchard等人。，2017)通过两步过程。
首先，我们使用逻辑回归来区分III型和I&II型功能性反应类型(Trexler，McCulloch&Travis，1988年；胡利亚诺，2001年). 为了实现这一点，我们将被捕杀的猎物比例建模为猎物密度的函数。如果分析的一阶项显著为负，则功能性反应被视为II型。如果一阶项显著为正，其次是显著为负的二阶项，则功能性反应被视为III型(朱利亚诺，2001).
其次，一旦我们确定了一般形式，就可以使用包含缩放指数的灵活模型来拟合功能响应q个允许描述类型I、II和III之间的连续形状(Barrios-O'Neill等人，2015年；雷亚尔，1977年):(1)
哪里N个e（电子）是被吃掉的猎物数量，N个 0是初始猎物密度，b条是攻击率，小时是处理时间，q个是缩放指数，并且T型是可用的总时间。如果发生II型响应，q个=0，当q个>为了比较不同大小等级的功能反应，通过非参数自举数据集，在功能反应曲线周围拟合95%置信区间(n个 = 2, 000).
结果
功能响应模型
Logistic回归表明X·莱维斯，正如显著负的一阶项所揭示的那样，小青蛙明显表现出II型功能反应(表1，图1). 缩放指数，q中，因此固定为0。Logistic回归表明中型和大型班级的III型反应(表1，图1). 对于这些尺寸等级，q个对于初始模型拟合是不固定的，然后固定在生成的最大似然估计。对参数执行引导b条和小时提供误差估计。
表1：
猎物比例的logistic回归分析的参数估计(C.尖音)针对小型、中型和大型鱼群的初始猎物密度进行消耗X·莱维斯食肉动物。
一阶和二阶项的值显示为对值。
| 尺寸等级 |
拦截(对-值） |
第一个订单(对-值） |
第2个订单(对-值） |
功能响应类型 |
| 小型 |
2.541 (<0.001) |
−0.007 (<0.001) |
– |
二 |
| 中等 |
−0.106 (<0.05) |
0.0045 (<0.01) |
−0.000006 (<0.01) |
三 |
| 大型 |
−1.494 (<0.001) |
0.0098 (<0.001) |
−0.000015 (<0.001) |
三 |
表2提供功能响应参数的估计值b条和小时适用于所有规模的学习班和q个对于中型和大型X·莱维斯功能反应曲线之间的唯一差异是在低猎物密度（即0–100）时，与中型和大型蛙类相比，小型蛙类的捕食率较高(图1). 这得到了小规模类更高的攻击率的支持(图2A). 响应在中、大型类别以及小型和大型类别之间以较高密度收敛，渐近线的置信区间重叠(图1)和处理时间系数(图2B)重叠。处理时间系数在最小捕食者大小类中最高，在中等大小类中最低，差异显著(表2；图2B). 最大体型蛙类的处理时间为中等，中小型蛙类之间无显著差异(图2B).
图1：的功能响应X·莱维斯捕食蚊子幼虫。
（A） 个体小（红色）、中（蓝色）和大（绿色）尺寸类别的功能反应十、引线不同初始蚊幼虫密度（每500升）。实线表示模型曲线，阴影区域表示通过非参数自举计算的95%置信区间。（B） 每个试验的方框图和数据点，小（红色，开圆圈）、中（蓝色，闭圆圈）和大（绿色，闭三角形）尺寸等级为十、引线.
讨论
我们发现同一物种不同大小的捕食者在标准化的猎物大小下，功能反应类型的基本形式发生了变化。与中型和大型成虫的III型反应相比，最小的捕食者规模等级表现出II型反应。这一发现对于理解捕食者-被捕食物动力学如何在捕食者个体发育过程中相对于其猎物的体型发生巨大变化的系统中发生变化具有重要意义。此外，我们还研究了捕食者的攻击率和处理时间随捕食者规模的变化。研究发现，搜索效率与捕食者的体型成反比，而处理时间呈U型函数，在中等体型的捕食者中观察到最大进食率X·莱维斯。同一物种的捕食者通常被认为在功能上是等价的，尽管已知捕食者特征的个体差异对形成捕食者与被捕食者之间的相互作用很重要，例如体型(McCoy等人，2011年，但请参阅González-Suarez等人，2011年). 这种假设可能大大简化了我们对物种内功能多样性的理解，并削弱了我们预测捕食者对猎物影响的能力。在这里，我们研究了在捕食者体型的自然范围内，捕食者与被捕食者之间的相互作用在功能上同质化的程度。
通常，处理时间最初随着捕食者体型的增加而减少，这可以归因于消化能力和张口尺寸的增加(米特尔巴赫，1981年；佩尔松，1987年). 然而，Persson等人（1998年）理论上说，处理时间会减少，直到达到最小值，如下所示米特尔巴赫（1981），并且在某个时候会随着捕食者的大小而开始增加（例如。，佩尔松，1987年). 这与我们的研究结果一致，我们发现中型捕食者的处理时间最短，这可能代表了所有体型类别的最小处理时间。一种可能的解释是，大型食肉动物很难处理非常小的猎物，而小型食肉动物可能由于其消化能力或猎物太大而无法通过惯性吸力摄取而增加了处理时间(佩尔森，1987年). 因此，可以预计，这些较大的捕食者会偏爱较大的猎物，以提高捕获成功率。然而，文献中有多个例子表明X·莱维斯捕食者，无论大小，主要以底栖动物和浮游动物为食(Courant等人，2017年). 这可能归因于猎物的可用性和密度，其中猎物大小消耗的下限取决于猎物遭遇率和消耗成本(埃尔顿，1927年；Owen-Smith&Mills，2008年). 以浮游动物和底栖动物为食几乎不需要移动，这将降低能源成本和捕食风险。低密度的小型猎物对大型捕食者的回报很小，这可能解释了为什么在猎物密度较低的情况下，中型和大型捕食者都没有消耗高比例的猎物(格里菲斯，1980年).
有许多例子表明了攻击率和捕食者大小之间的单峰（“形状”）关系(Aljetlawi，Sparrevik&Leonardsson，2004年；Tripet&Perrin，1994年；沃纳，1988年). 在水生捕食者中，随着捕食者规模的增加，最初的攻击率增加很可能是由于捕食者搜索速度的增加，这将积极影响猎物遭遇率(基斯特和韦伯，1966年；肖纳，1969年). 随着捕食者规模的增加，攻击率最终下降可能是由于猎物相对太小而无法被检测到，或者是由于捕食者无法进行微调运动，导致捕获猎物的成功率降低(凯悦酒店，1979年). 然而，在我们的研究中，攻击率并不是与猎物大小呈圆顶状，而是与大小等级呈负相关(表1). 一种解释是，只有当实验中有额外的中间捕食者大小等级时，才能观察到圆顶形状。因此，攻击率可能仍然具有捕食者大小的圆顶形函数，这可能存在于本研究测量的中小型类之间。负相关的另一种解释可能是，猎物已经处于小型捕食者最大攻击率的最佳体型。还有一种可能性是，小型猎物的相对健康增益太小，不值得大型觅食者活动。
表2：
按大小分类的猎物对柔性功能反应模型的结果X·莱维斯.
搜索系数的参数估计(b条秒），处理时间(小时以秒为单位）和缩放系数(q个)从柔性功能反应模型到猎物模型的拟合(C.尖音)针对小型、中型和大型X·莱维斯.以标准误差表示的估算。
| 参数估计 |
b条 |
小时 |
q个 |
| 小型 |
3.526 ± 0.202 |
0.005 ± 0.0001 |
固定为0 |
| 中等 |
0.212±0.064 |
0.001 ± 0.0003 |
0.320 ± 0.069 |
| 大型 |
0.117 ± 0.080 |
0.004 ± 0.0003 |
0.738 ± 0.109 |
图2：功能响应模型的搜索系数和处理时间。
（A） 搜索系数（以秒计）和（B）处理时间（以秒为单位）参数，这些参数来源于小型、中型和大型X·莱维斯点是原始模型值，错误栏是引导95%置信区间。
Milonas、Kontodimas和Martinou（2011年）捕食性瓢虫的不同取食方式(尼泊尔包括)其中，较小龄期（2龄，2mm）部分消耗不同大小的猎物，而较大龄期（4龄，3.3mm）全部消耗猎物。大型捕食者和小型捕食者在捕食方式上的差异导致了当猎物大小增加时处理时间的差异。较小的捕食者能够保持恒定的处理时间，而较大的捕食者的处理时间随着猎物的大小而增加。然而，在我们的研究中，所有食肉动物都完全吃掉了猎物；因此，蚊子幼虫对于最小的青蛙来说并不太大。在中型和大型捕食者中发现的较低捕获成功率很可能是由于它们捕获相对较小猎物的能力有限（CJ Thorpe，pers.obs.，2016），类似于对鱼类的观察(佩尔松，1987年). 观察数据还显示，捕食者对猎物移动的反应。无论捕食者相对于猎物的位置如何，当猎物突然移动时，最有可能被发现。X·莱维斯不要主要使用视觉或嗅觉线索来探测水生猎物，而是依靠它们敏感的侧线系统（见Elepfandt，1996年).
尽管对捕食者-被捕食者动力学具有潜在的深远影响，但很少有研究直接测试功能反应的基本形式是否随消费者规模的变化而变化。最近，Anderson等人（2016）发现功能性反应的形式随捕食者的大小而变化（从幼体到幼体的蝾螈），与大型捕食者相比，较小的捕食者（成年蝾螈（ambystomatid salamander））受到处理时间的限制更大。换句话说，较小的捕食者倾向于表现出II型功能反应，而较大的捕食者对同一猎物表现出I型功能反应。II型功能反应定义如下等式（1），当处理时间参数的估计值重叠为零时，崩溃为I型功能响应。没有一种捕食者表现出III型功能性反应。在本研究中，我们发现无论是中型还是大型X·莱维斯表现出III型反应和小型捕食者表现出II型反应的小型捕食者可能能够在低密度下捕食猎物。有上升趋势q个值（或标度指数）和更稳定的响应(Alexander等人，2012年).
因此X·莱维斯最有可能破坏捕食者-猎物动力学的稳定，因为快速处理时间和低密度下的消耗量减少q个比大班学生强。小青蛙在低密度下可能会破坏猎物的稳定性，但总的来说，它们的处理时间要短得多，因此摄食率较高。当猎物密度较低时，小型捕食者的捕食增加，当猎物浓度较高时，大型捕食者的掠夺增加(Rindone&Eggleston，2011年). 的密度X·莱维斯已知达到非常高的水平，特别是在入侵人群中（例如。，米西，2001；Lobos&Measey，2002年；Faraone等人，2008年)也存在于自然组合中(De Villiers，De Kock&Measey，2016年). 本研究也有一个保护背景，即较小但功能相似的同类X·吉利受到来自X·莱维斯（请参见Vogt等人，2017年). 因此，同时拥有不同大小的食肉动物种群意味着对多个被捕食物种来说没有什么缓解作用，并可能导致被捕食动物灭绝(哈塞尔，1978年). 如果被捕食物种是潜在的疾病媒介，这可能是有利的，例如C.尖音。由于许多鱼类物种由具有重叠群的种群组成，猎物可能会经历水生生态系统中鱼类的类似情况(沃纳，1994年). 然而，在捕食者体型差异不太明显的种群中，猎物可能只经历一种类型的捕食者反应(Milonas、Kontodimas和Martinou，2011年).
结论
研究经常比较本地和入侵捕食者的功能反应，并对这些入侵者的潜在影响做出重要推断（由Dick等人，2013年). 然而，很少有研究关注捕食者大小在决定这些功能性反应中可能发挥的潜在作用。捕食者可以随着年龄增长而改变其觅食偏好，在功能反应实验中选择一个单一的大小类来代表整个种群可能不是具有重叠队列和较大规模范围的种群的最佳代表。重要的是要考虑在不同的猎物物种上是否会看到相同的模式。如果猎物大小增加，功能反应曲线会受到什么影响（例如，参见McCoy等人，2011年)? 随着猎物大小的增加，我们的中大型捕食者的功能反应可能会从III型转变为II型。同样，当大小保持不变时，可以询问猎物特征（例如活动性、形状、颜色等）如何影响功能反应曲线。因此，回答这些问题很重要，这样才能正确地表示捕食者种群的功能性反应。本研究表明，捕食者的攻击率、处理时间、最大摄食率以及功能反应类型等参数取决于捕食者的体型。因此，在进行功能反应实验时，必须同时考虑捕食者和被捕食者的大小、觅食策略和被捕食物种。
