在复杂而精密的自然界中,亿万种生物编织成一张张巨大的相互作用网络,维系着生态系统的稳定与运行。然而,网络中的每个节点(物种)并非同等重要。一个核心物种的消失,可能像抽走多米诺骨牌的关键一块,引发连锁反应,威胁整个网络的存续。那么,究竟是什么决定了物种在网络中的地位?是源于遥远过去的进化血脉(系统发生历史),还是其展现当下生存策略的功能性状,在背后起着关键作用?这个谜题长久困扰着生态学家。尤其对于蚤(Flea)这类依赖特定宿主体表生存的体外寄生虫而言,它们与哺乳动物宿主之间形成的对抗性相互作用网络,是探究这一核心问题的绝佳模型。但此前的研究多聚焦于互利网络(如传粉网络),且在系统发生与功能独特性对物种网络地位的影响上结论不一,更缺乏跨生物地理大尺度的比较。为了揭开这层面纱,一项横跨四大生物地理界的研究在《Integrative Zoology》期刊上发表了其深刻见解。
研究者为解答上述问题,主要运用了以下几项关键技术方法:首先,他们从公开文献中收集了来自非洲热带界、新北界、新热带界和古北界的91个区域性蚤-宿主(小型哺乳动物)相互作用数据集,构建了存在/缺失矩阵。其次,为量化物种网络地位,他们通过R语言“bipartite”包计算了每个物种的标准化连接度、物种强度(Species strength)和中介中心性(Betweenness centrality),并将这三者整合为一个主成分得分。再者,他们分别构建了蚤和宿主的系统发生树(基于现有分子系统树和形态学资料补充)以及功能树状图(基于物种特定功能性状的距离矩阵聚类生成)。最后,他们采用系统发生广义最小二乘法(PGLS)模型,在控制系统发生关系影响的前提下,分别检验了物种网络地位与其两种独特性(基于树结构的指数和基于距离的指数)之间的关系。
3 结果
物种网络地位与独特性关系的总体格局:在总共运行的32个PGLS模型中,有14个显示出显著的物种地位-独特性关系。结果以热图形式直观展示,揭示了复杂的关联模式。
蚤物种的结果:
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系统发生独特性:当使用基于树的指数衡量时,仅在新热带界发现了蚤物种地位与其系统发生独特性之间存在显著正相关,即系统发生上越独特的蚤,在网络中拥有更多的连接、更高的物种重要性以及更强的连接者角色。当使用基于距离的指数衡量时,则在非洲热带界和古北界发现了显著的负相关,即系统发生上越独特的蚤,其网络地位反而越低。在新北界,两种指数下均未发现显著关系。
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功能独特性:无论使用基于树的指数还是基于距离的指数,在所有四个生物地理界中,蚤物种的网络地位与其功能独特性均表现出一致的显著正相关。功能上越独特的蚤,在生态网络中占据的地位越核心。
宿主物种的结果:
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系统发生独特性:宿主物种的网络地位与其系统发生独特性的关系存在地理差异。在新北界,无论使用哪种指数,都呈现出正相关。而在新热带界,仅在使用基于距离的指数时,发现了负相关。在非洲热带界和古北界,则未发现显著关系。
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功能独特性:在任何一个生物地理界,都未发现宿主物种的网络地位与其功能独特性之间存在显著关联。
4 讨论
功能独特性而非系统发生独特性主导蚤的网络地位:研究发现,蚤物种的网络地位主要受其功能独特性(而非系统发生独特性)的积极影响,而宿主物种则相反(其地位与系统发生独特性相关)。这表明,在生态网络构建中,直接影响相互作用的功能性状差异比反映进化历史的系统发生差异更为关键,用后者作为前者的代理并不总是可靠。这种不对称性很可能源于塑造蚤-宿主网络的主导力量是蚤在宏观进化尺度上对宿主的选择,以及个体蚤基于线索(如气味)的主动宿主选择行为,这导致网络结构模式(如模块化、系统发生信号)对宿主具有更强的约束性。
生物地理差异及其可能原因:物种地位-独特性关系在不同生物地理界之间存在“有或无”、“正或负”的差异。例如,新热带界的蚤在网络地位与系统发生独特性上呈现正相关,而非、古两界则为负相关。这可能是由于不同界域内蚤和宿主的物种组成、系统发生谱系及性状分布不同,以及蚤-宿主相互作用的进化历史存在差异所致。例如,新热带界的蚤-宿主关联被认为更为古老,拥有较多基础亚科(Craneopsyllinae)物种;而新北界的关联相对年轻,富含较年轻科(Leptopsyllidae, Ceratophyllidae)的物种。这些不同的进化背景可能塑造了独特的相互关系模式。
研究结论与意义:本研究得出结论:物种在蚤-宿主网络中的地位与其系统发生和功能独特性之间的关系模式,(a)在蚤和宿主之间存在显著差异;(b)在不同生物地理界之间变化多样;(c)并依赖于所采用的具体独特性衡量指数。这项研究的重要意义在于,它超越了单一网络或地理区域,通过大规模的跨生物地理比较,揭示了生态网络中物种地位决定因素的复杂性与情境依赖性。它强调了在理解物种相互作用和网络稳定性时,需要同时考虑功能性状和系统发生历史,并关注两者作用的非对称性以及地理和历史背景的深刻影响。这为预测物种丧失对生态网络的潜在影响、制定更有针对性的生物多样性保护策略提供了更深层次的理论依据。