北极熊生活在偏远且环境恶劣的地区，远离大多数人类聚居地。对大多数生物学家来说，观察这些动物的机会转瞬即逝。事实上，科学家了解北极熊在海冰上的基本行为，主要依靠以下观察：北极熊的行为和觅食率这些观察由加拿大生物学家 Ian Stirling 在40多年前完成，并结合了北极原住民当地的传统知识。
随着持续减少且预计还将继续下降的北极海冰，了解北极熊如何利用海冰以及将如何应对预期环境变化的需求日益迫切。为回答这一问题，自2013年以来，我一直与美国地质调查局、加州大学圣克鲁兹分校、圣迭戈动物园保护研究所的同事以及独立野生动物研究生物学家 Stephen Atkinson 博士合作，在北极研究北极熊的生理状况和觅食行为。
在一项新近发表的研究中，我们提供了代谢数据，首次揭示北极熊在海冰上觅食时需要捕获多少只海豹才能生存。研究发现，它们消耗的能量比科学家此前认为的更多。这凸显了在能量需求极高的北极环境中，北极熊对富含脂肪的海豹食物的依赖。
觅食的北极熊需要多少能量？
在美国地质调查局开展研究的博福特海，北极熊的数量、存活率和身体状况均有所下降。但要直接量化导致这些下降的机制一直很困难。
研究表明，北极熊捕获的海豹减少并且移动距离更远，由此造成的能量失衡会损害它们的身体状况和繁殖成功率。但科学家一直难以量化自由活动的北极熊需要多少能量，以及它们需要捕获多少只海豹，才能避免这种负能量失衡。
动物研究技术的进步，让我们得以深入了解北极熊在海冰上的新陈代谢、行为、觅食成功率和移动模式。然而，这些技术并非为在零下30摄氏度的环境中用于北极熊而设计，因此我们花了数年才收集到所需信息。
零下低温与四处活动的北极熊
2013年，我们给两只北极熊戴上配有 GPS 和摄像机的项圈，以研究它们在海冰上的行为和觅食成功率。10至13天后，我们成功取回项圈，但令人失望的是，摄像机镜头被整块冰层覆盖。更糟的是，摄像机电池已经失效，可能是低温所致，因此没有录下任何视频。
一年后，我们部署了四个 GPS 摄像机项圈，这些项圈由野生动物摄像机工程师Mehdi Bakhtiari为我们量身设计，以适应北极的极端环境。我们在项圈上安装了先进的三轴加速度计，其技术与 Fitbits 使用的技术类似，以帮助测量北极熊的行为和活动水平。我们还分析了血液样本中的测量数据，据此确定它们的能量消耗。
这一次，摄像机正常工作了。取回设备后，我们收集到了8至11天的视频，从北极熊的视角记录它们在海冰上的行为，并将这些影像与动物的能量消耗联系起来。但四个加速度计中有三个失效了，原因仍是极寒环境导致的电池问题。
2015年，在与加速度计制造商合作后，我们再次成功部署了4个配有三轴加速度计的 GPS 摄像机项圈，为北极熊戴上。不过，其中一只雌熊一心想迁往加拿大，戴上项圈后九天内就行进了约175英里（280公里）。为了找到她，我们乘直升机飞到加拿大边境附近的一个村庄，却因大雾被困了12天。在此期间，这只熊进入了加拿大；自戴上项圈以来，她已步行近270英里（430公里）。我们通过卫星远程释放了她的项圈，随后等待项圈漂回美国水域，再迅速出发寻找。
大快朵颐或颗粒无收
尽管面临这些挑战，我们仍收集到了一系列内容丰富的北极熊新陈代谢、行为、觅食率和移动模式数据。我们测得的代谢水平远高于以往对北极熊代谢率的估算。换句话说，我们发现，北极熊日常活动所需的能量比科学家此前认为的多得多——约为其1.6倍。
摄像机项圈拍下了北极熊时而饱餐、时而挨饿的生活状态。北极熊可能要走上数小时，才会找到一个令它感兴趣的海豹呼吸孔，然后花上几分钟到几小时等待海豹浮上来换气。如果海豹出现，北极熊就会站起身，用后腿猛然跃过冰层扑入水中，试图击晕海豹，随后用颚部抓住猎物并咬住它的颈部。多数情况下，海豹会逃脱，北极熊便会继续寻找另一个呼吸孔。
在我们研究的9只北极熊中，有5只在我们监测的8至11天里体重减轻。其中4只体重减少了近10%，约40磅（18公斤）。相比之下，实际捕获并吃下环斑海豹的4只熊，体重增加了近10%。在如此短的时间内，体重出现如此大的变化，鲜明地表明北极熊在很大程度上依赖能量密集的海豹脂肪。
值得注意的是，我们还发现，北极熊的活动水平与其新陈代谢之间存在很强的关联。活动更多、移动距离更远的北极熊，比活动较少的熊消耗的能量多得多。
我们的研究结果进一步印证，随着海冰缩减并日益破碎，北极熊正面临生理上的挑战。它们能获得的海豹猎物越来越少，因此必须增加活动、走更远的路才能觅食。尽管人们对海冰消失可能如何影响北极熊有诸多猜测，我们的研究表明，如果北极熊必须走更远的路寻找所需食物，它们可能会受到多么严重的影响。
