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Current Biology | 分子食物网解析青藏高原多种食肉动物共存机制及群落结构特征

日期: 2023-01-20

食物网描述了一种物种相互作用的最重要形式,即物种间直接或间接的取食关系,它决定了生态系统能量流动和物质循环的模式,解析食物网关系对理解物种共存关系和生态系统过程具有重要意义。以往对多种食肉动物共存的复杂群落食物网研究多集中于热带生态系统,对高寒高海拔系统缺乏了解;而基于直接观察和粪便内容物镜检法获得的食性数据物种分辨度和准确性低,难以构建精准定量食物网。

2023年1月19日,北京大学新葡亰8814网站是多少和生态研究中心姚蒙课题组在Current Biology上以长文形式在线发表了题为Food webs reveal coexistence mechanisms and community organization in carnivores的研究论文。该研究围绕世界极少数仍存在完整食肉动物群落的地区之一——青藏高原,通过粪便DNA宏条形码(DNA metabarcoding)技术,深入解析了3个地点的多种同域分布食肉动物的精细食性组成,并构建和分析了食肉动物-猎物的定量食物网特征,为理解高原生态系统食肉动物的共存机制以及识别复杂群落中的关键功能物种提供了重要信息。

该研究以青藏高原三江源地区的治多县索加乡、杂多县扎青乡和昂赛乡为研究区域,在野外系统收集889份食肉动物粪便样品,成功测序鉴定出食肉动物粪便603份,确定来源于4科的12种食肉目哺乳动物;利用粪便DNA metabarcoding技术获得其中8种主要食肉动物(1)509份样品的1.74亿条序列数据,检测到11目的44种脊椎动物食物。基于分子食性分析结果,针对3个地点的食肉动物群落开展了定量食物网关系和网络结构的分析。

1. 本研究涉及食肉动物(照片来源:山水自然保护中心红外相机拍摄)

定量食物网分析结果显示,中小型食肉动物主要取食兔形目和啮齿目动物,大型食肉动物主要取食偶蹄目动物(2)。食肉动物的食性多样性与自身体重无显著相关性,大型和中小型食肉动物中均存在食性专一性较高的专性捕食者和食性广泛的兼性捕食者。此外,食肉动物体重与其猎物体重呈单峰型关系,即大型比中小型食肉动物的猎物体型更大,而集群捕猎的狼、狗捕获的猎物达到峰值(3)。大型和中小型食肉动物共位群(guild)间以及共位群内存在明显的种间食性组成差异,并且共位群间的食性相似度和生态位重叠程度显著低于共位群内。因此,不同食肉动物物种通过在猎物多样性、体型大小和利用比例上的差异产生物种间营养生态位的分化,可能有助于食肉动物在青藏高原的严酷环境中共存。

2. 三江源3个研究地点的食肉动物食物网

3. 三江源食肉动物与猎物的体重关系

对食物网的网络结构分析显示,3个食物网均存在显著的模块化结构(4),但只有食肉动物多样性最高的索加食物网中存在嵌套结构。此外,网络属性特征提示鼠兔(Ochotona spp.)、岩羊(Pseudois nayaur)和家牦牛(Bos grunniens)可能是青藏高原地区的关键猎物,对食物网的稳定具有重要作用。

4. 青藏高原食肉动物食物网普遍存在模块化结构(绿、蓝、橙色显示不同模块;黑色图标显示食肉动物,深红图标显示关键猎物)

综上,该研究首次详细描述了青藏高原多个食肉动物群落的营养网络结构,并证明了结合分子食性方法和生态网络分析有助于深入阐释食肉动物的共存机制和动物群落的组织格局,并可以识别复杂群落中的重要功能物种。上述研究结果将促进科学保护和管理青藏高原食肉动物群落的完整性,并预测未来生态系统环境变化和人为活动对高原生态系统的影响。

姚蒙副研究员为论文的通讯作者,北京大学新葡亰8814网站是多少博士后陆琪为论文的第一作者,北京大学吕植教授团队为本研究提供了大力支持。该项工作获得了科技部重点研发计划、国家自然科学基金、青藏高原二次科考、Panthera以及Snow Leopard Trust等项目经费资助。

论文第一作者陆琪在三江源采集动物样品

原文链接https://authors.elsevier.com/a/1gS6d3QW8R%7EfqS