圈養(yǎng)大熊貓初生幼仔聲音通訊行為研究

劉璇，薛飛，郭俊良，3，吳蔚，侯蓉，周江，齊敦武*，張志和

(1.貴州師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，貴陽(yáng)550001；2.成都大熊貓繁育研究基地，四川省瀕危野生動(dòng)物保護(hù)生物學(xué)省部共建實(shí)驗(yàn)室，成都610081；3.西華師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，珍稀動(dòng)植物研究所，四川南充637002)

大熊貓Ailuropodamelanoleuca是我國(guó)特有的珍稀瀕危動(dòng)物之一，母獸在繁殖期和育幼期的主要通訊方式是聲音(潘載揚(yáng)，2015；魏輔文，2018)，而大熊貓幼仔在初生時(shí)的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和嗅覺(jué)尚未健全，且不具備運(yùn)動(dòng)能力(胡錦矗，2001；張志和，魏輔文，2006)，因此聲音信號(hào)是新生幼仔與母獸識(shí)別和聯(lián)系的重要途徑(Phillips &Stirling，2000；Collinsetal.，2006)。大熊貓幼仔剛出生時(shí)就可以發(fā)出非常洪亮的叫聲(黃祥明等，2001；Baoticetal.，2014)，且不同情境下的叫聲可以反映其覺(jué)醒程度(Stoegeretal.，2012)，從而傳達(dá)自身某些特定狀態(tài)的信號(hào)(Baoticetal.，2014)。本研究假設(shè)大熊貓幼仔在需求不同時(shí)發(fā)出的聲音信號(hào)亦不相同，且當(dāng)幼仔通過(guò)叫聲表達(dá)不同需求時(shí)，母獸也會(huì)用不同行為進(jìn)行回應(yīng)。在分析大熊貓幼仔與母獸交流聲音特征的基礎(chǔ)上，探討兩者在聲音信號(hào)發(fā)出后的行為互應(yīng)關(guān)系，進(jìn)一步探究圈養(yǎng)大熊貓的育幼行為，為人工育幼提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。

1 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)和研究方法

1.1 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)和研究對(duì)象

研究對(duì)象來(lái)自成都大熊貓繁育研究基地的6只幼仔和4只母獸(表1)。于2017年7—9月和2018年5—8月對(duì)幼仔從出生之日起到日齡45 d這一階段的聲音和行為資料進(jìn)行持續(xù)收集。實(shí)驗(yàn)期間，當(dāng)幼仔饑餓時(shí)，飼養(yǎng)員將幼仔還給母獸，待幼仔吃奶完成后，飼養(yǎng)員將幼仔由母獸處取出，立即放于恒溫的育幼箱，在育幼箱中觀察對(duì)象可以自由活動(dòng)。因本次實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谟谔骄坑鬃泻湍斧F的聲音通訊，所以只采集將幼仔還給母獸這一時(shí)間段的聲音數(shù)據(jù)。

1.2 數(shù)據(jù)采集

用Shure VP89M指向性麥克風(fēng)(頻率范圍：20 Hz～20 kHz，+0.9/-4 dB)和Tascam DR-100MKII錄音機(jī)(頻率范圍：10 Hz～40 kHz，+0.1/-0.5 dB)采集聲音，并使用SONY FDR-AXP55攝像機(jī)同步攝像。聲音錄制時(shí)觀察母獸行為，將幼仔發(fā)出叫聲時(shí)的情境分為2種：一是當(dāng)幼仔發(fā)出叫聲時(shí)，母獸回應(yīng)；二是當(dāng)幼仔發(fā)出叫聲時(shí)，母獸不回應(yīng)。

表1 母獸及幼仔的個(gè)體信息Table 1 The individual information of mother and infant giant pandas

注：— 2018年幼仔的譜系號(hào)尚未公布
Note：— pedigree numbers of the infant born in 2018 have not been published

根據(jù)聽(tīng)覺(jué)分辨、肉眼對(duì)聲音窄帶語(yǔ)圖和結(jié)構(gòu)的的觀察等，對(duì)聲音類(lèi)型進(jìn)行區(qū)分。使用Adobe audition 3.0對(duì)聲音數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，聲音參數(shù)包括基頻平均數(shù)(meanf0)、主頻平均數(shù)(dominant frequency)、時(shí)長(zhǎng)(duration)和諧波數(shù)(number of harmonics)。

1.3 行為觀測(cè)和行為譜

采用焦點(diǎn)動(dòng)物取樣法和連續(xù)記錄法觀察和記錄母獸行為。

參照胡錦矗等(1985)、劉定震等(2002)、Snyder等(2003)、張志和和魏輔文(2006)對(duì)圈養(yǎng)大熊貓行為的定義，以及何永果等(2015)對(duì)大熊貓育幼期行為的研究結(jié)果對(duì)大熊貓母獸在育幼期的行為進(jìn)行分類(lèi)(表2)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

對(duì)所有用于分析的聲音，使用主成分分析法對(duì)提取出的參數(shù)進(jìn)行概述，然后將獲得的主成分得分值輸入判別分析中進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而將叫聲類(lèi)型分成不同的組別。判別分析的結(jié)果使用聲音分類(lèi)正確的百分?jǐn)?shù)表示。對(duì)分辨出的聲音分類(lèi)后，將對(duì)聲音有回應(yīng)的母獸行為進(jìn)行分類(lèi)，累計(jì)各個(gè)行為的頻次并計(jì)算該種行為在所有行為頻次中所占的百分比；然后通過(guò)卡方檢驗(yàn)對(duì)不同叫聲下的行為差異性進(jìn)行比較。所有數(shù)據(jù)均使用SPSS 22分析，顯著性水平設(shè)置為α=0.05。

表2 大熊貓母獸育幼期的行為類(lèi)型和描述Table 2 Type and description of mother giant panda behaviors during the breeding stage

2 結(jié)果

2.1 聲音分類(lèi)結(jié)果

幼仔聲音被分成3種類(lèi)型，Squawk：基頻值較高(820.53 Hz±160.45 Hz)、主頻值較高(931.98 Hz±435.12 Hz)、時(shí)長(zhǎng)最短(290.48 ms±148.70 ms)、諧波數(shù)最多(11.33±2.61)，當(dāng)幼仔發(fā)出Squawk叫聲時(shí)，嘴巴是張開(kāi)的；Squall：基頻值最高(1 160.96 Hz±224.99 Hz)、主頻值最高(2 239.94 Hz±742.73 Hz)、時(shí)長(zhǎng)較長(zhǎng)(294.31 ms±99.67 ms)、諧波數(shù)較多(10.65±2.27)，當(dāng)幼仔發(fā)出Squall叫聲時(shí)，嘴巴是張開(kāi)的；Croak：基頻值最低(728.74 Hz±120.34 Hz)、主頻值最低(735.92 Hz±138.48 Hz)，但時(shí)長(zhǎng)最長(zhǎng)(447.74 ms±167.49 ms)、諧波數(shù)最少(1.82±0.74)，當(dāng)幼仔發(fā)出Croak叫聲時(shí)，嘴巴是閉合或輕微張開(kāi)的(圖1)。

圖1 大熊貓初生幼仔3種叫聲的時(shí)域和頻域特征Fig.1 Time-domain and frequency-domain of the 3 call types of infant giant pandasA.Squawk，B.Squall，C.Croak

主成分分析法將基頻、主頻、時(shí)長(zhǎng)和諧波數(shù)提取主成分因子(PC1：53.5%，PC2：26.5%，PC3：12.8%，PC4：7.2%)，其中，PC1和PC2能夠代表聲音中80%的變量(表3)，因此，選擇PC1和PC2對(duì)聲音進(jìn)行分類(lèi)分析。其中，PC1與基頻、主頻和時(shí)長(zhǎng)參數(shù)顯著相關(guān)(χ2=228.43，df=31，P<0.01)，PC2與諧波數(shù)顯著相關(guān)(χ2=203.83，df=17，P<0.01)；利用主成分分析法獲得叫聲散點(diǎn)圖(圖2)。聲音類(lèi)型判別函數(shù)揭示出聲音類(lèi)型之間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(n=263，Wilks’λ=0.144，χ2=503.663，df=4，P<0.01)，263個(gè)聲音數(shù)據(jù)中有235個(gè)被正確分類(lèi)，正確率達(dá)到89.4%。

表3 大熊貓初生幼仔各聲音變量的主成分分析Table 3 Principal component analysis of the voice variables of infant giant pandas

圖2 利用主成分分析法獲得的叫聲散點(diǎn)圖Fig.2 Scatterplot of the different call types by principal component analysis

2.2 母獸對(duì)幼仔叫聲的行為回應(yīng)

263個(gè)聲音數(shù)據(jù)中，Squawk叫聲共90個(gè)，母獸回應(yīng)的有52個(gè)(57.8%)；Squall叫聲共95個(gè)，母獸回應(yīng)的有64個(gè)(67.4%)；Croak叫聲共78個(gè)，母獸回應(yīng)的有46個(gè)(59.0%)，表明母獸對(duì)幼仔不同的叫聲的回應(yīng)比例有差異，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

對(duì)于幼仔發(fā)出的3種叫聲，母獸回應(yīng)的行為類(lèi)型以及所占的比例不同：在幼仔發(fā)出Squawk叫聲時(shí)，母獸回應(yīng)的行為包括舔仔(37.0%)、叼仔(44.2%)、哺乳(5.7%)、調(diào)姿(9.6%)、抱仔(3.8%)5種行為；在Squall叫聲的刺激下，母獸回應(yīng)的行為有舔仔(37.5%)、叼仔(36.0%)、哺乳(15.6%)、調(diào)姿(4.6%)、調(diào)整位置(6.2%)5種行為；在聽(tīng)到幼仔的Croak叫聲后，母獸則是用舔仔(67.3%)、叼仔(6.5%)、抱仔(6.5%)、調(diào)姿(15.0%)、調(diào)整位置(4.3%)等5種行為進(jìn)行回應(yīng)。同一種回應(yīng)行為在不同叫聲的刺激下的比例不同：當(dāng)幼仔發(fā)出Squawk和Squall叫聲時(shí)，母獸舔仔行為比例之間的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=0.11，df=1，P>0.05)，而在Croak叫聲的刺激下，母獸舔仔行為的比例顯著高于Squawk(χ2=9.29，df=1，P<0.05)和Squall(χ2=9.57，df=1，P<0.05)；在聽(tīng)到Croak叫聲時(shí)，母獸的叼仔行為顯著低于Squawk(χ2=17.81，df=1，P<0.05)和Squall(χ2=12.83，df=1，P<0.05)，而Squawk和Squall之間的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=0.825，df=1，P>0.05)；哺乳、調(diào)整位置、抱仔和調(diào)姿等行為在不同類(lèi)型叫聲刺激下的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(圖3)。

3 討論

本研究將大熊貓幼仔的叫聲分為3個(gè)類(lèi)型，與Baotic等(2014)劃分類(lèi)型一致，但本文中Croak叫聲的基頻參數(shù)(728.74 Hz±120.34 Hz)與之(36.89 Hz±15.06 Hz)差異較大。Riede和Brown(2013)明確指出動(dòng)物叫聲的基頻與身體大小成反比，大熊貓初生幼仔個(gè)體僅有近百克，該體質(zhì)量對(duì)應(yīng)的叫聲基頻為1 000 Hz，因此，本研究的Croak叫聲的基頻參數(shù)應(yīng)當(dāng)是可信的，上述差異推測(cè)與2個(gè)研究中的錄音設(shè)備以及環(huán)境不同有關(guān)。

圖3 大熊貓幼仔3種叫聲類(lèi)型下母獸回應(yīng)行為占比Fig.3 Proportions of the mother behavior responding to the 3 call types of infant giant pandas* P<0.05

聲音通訊是動(dòng)物交流信息的重要手段(孫儒泳，2001)，不同參數(shù)特征的聲音信號(hào)能夠傳達(dá)發(fā)聲個(gè)體當(dāng)前的狀態(tài)和需求等信息(Charltonetal.，2009，2010；Cuietal.，2010)。相比于其他通訊方式，聲音通訊具有傳播距離遠(yuǎn)、不容易受到遮蔽障礙物屏蔽以及發(fā)聲個(gè)體不需要進(jìn)行非常復(fù)雜的行為等特征(孫儒泳，2001；潘載揚(yáng)，2015)，這種通訊方式非常適合初生時(shí)發(fā)育程度十分低下、缺乏視力和行動(dòng)能力的大熊貓幼仔(胡錦矗，2001)。

育幼期是動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育和種群延續(xù)的關(guān)鍵時(shí)期，而育幼行為則是能夠保障下一代健康成長(zhǎng)的關(guān)鍵。藏酋猴Macacathibetana幼仔體溫下降或感到不適時(shí)會(huì)發(fā)出哭叫聲，進(jìn)而引起母獸的注意和幫助(Blumberg &Sokoloff，2001)；黑猩猩Pantroglodytes幼仔遇到危險(xiǎn)時(shí)，會(huì)發(fā)出尖叫聲向母獸尋求幫助(Levréro &Mathevon，2013)。根據(jù)聲音信號(hào)參數(shù)、結(jié)構(gòu)的不同，大熊貓幼仔叫聲可以劃分為Squawk、Squall、Croak 3種類(lèi)型(Baoticetal.，2014)。對(duì)任意一種叫聲，母獸的動(dòng)作回應(yīng)都有舔仔、叼仔，而其他育幼行為則只出現(xiàn)在1種或2種叫聲中。這表明舔仔、叼仔這2種行為可能是母獸用于解決幼仔需求的最優(yōu)先行為。當(dāng)幼仔發(fā)出Squawk和Squall叫聲后，母獸主要的回應(yīng)方式是通過(guò)叼仔、抱仔和調(diào)姿等行為讓幼仔能夠更舒適地待在自己身上；同時(shí)當(dāng)幼仔發(fā)出Squawk、Squall叫聲，母獸做出的同一種行為反應(yīng)在比例上并不具有顯著的差異性，因此我們認(rèn)為Squawk和Squall在本質(zhì)上是具有相同功能的叫聲類(lèi)型，通過(guò)高頻叫聲來(lái)給予母獸強(qiáng)烈的刺激，從而使母獸能夠在短時(shí)間內(nèi)滿(mǎn)足自身的迫切需求。這種聲音能夠向母獸傳達(dá)的信息可能會(huì)相對(duì)單一，但能夠使母獸盡快進(jìn)行行為回應(yīng)。而當(dāng)幼仔發(fā)出Croak叫聲時(shí)，母獸則通過(guò)舔仔和調(diào)姿進(jìn)行回應(yīng)。同時(shí)相對(duì)于其他2種叫聲，Croak叫聲得到的行為回應(yīng)有顯著的差異，這表明Croak叫聲是獨(dú)立的一種叫聲類(lèi)型，幼仔可能更多使用這種叫聲來(lái)表達(dá)出一些并不迫切的需求，而母獸會(huì)通過(guò)舔舐幼仔安撫并進(jìn)一步確認(rèn)幼仔的狀態(tài)，以便做出下一步的行為回應(yīng)。因此，我們認(rèn)為大熊貓幼仔不同的叫聲類(lèi)型是具有明確的功能意義差別，能夠引導(dǎo)母獸對(duì)其作出正確的行為回應(yīng)從而更好地?fù)嵊鬃小?/p>

雖然聲音通訊在大熊貓育幼過(guò)程中起到了重要作用，但它并不是大熊貓個(gè)體之間的主要交流方式(Nieetal.，2012；魏輔文，2018)。大熊貓幼仔眼睛在出生40 d左右會(huì)睜開(kāi)(黃祥明等，2001)，視力逐漸清晰，對(duì)外界的感知能力會(huì)增強(qiáng)，運(yùn)動(dòng)能力也會(huì)隨著成長(zhǎng)不斷增強(qiáng)。在黑猩猩中，隨著幼仔成長(zhǎng)，母幼之間的交流方式逐漸從聲音通訊向其他通訊方式過(guò)渡(Levréro &Mathevon，2013)。因此，推測(cè)大熊貓母幼之間的通訊方式也會(huì)隨著幼仔的發(fā)育產(chǎn)生變化，從而更好地適應(yīng)外界環(huán)境以提高生存幾率。雖然隨著幼仔的成長(zhǎng)，聲音通訊的作用會(huì)逐漸減弱，但在個(gè)體發(fā)育前期，通過(guò)分析幼仔發(fā)出叫聲的類(lèi)型，能夠快速對(duì)幼仔的狀態(tài)和需求進(jìn)行初步判斷，這在一定程度上能夠減少人工育幼過(guò)程中對(duì)幼仔不同狀況的反應(yīng)時(shí)間，從而提高個(gè)體的生存幾率和生存質(zhì)量。