RESEARCH ARTICLE
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Bottom-up and top-down effects combine to drive predator–prey interactions in a forest biodiversity experimentJing-Ting Chen, Ming-Qiang Wang, Arong Luo, Feng Zhang, Douglas Chesters, Shanlin Liu, Yi Li, Goddert von Oheimb, Matthias Kunz, Qing-Song Zhou, Helge Bruelheide, Xiao-Juan Liu, Ke-Ping Ma, Andreas Schuldt, Chao-Dong Zhu
First published: 07 July 2025
https://doi.org/10.1111/1365-2656.70103
Handling Editor: James Kitson
生态系统中，捕食者-猎物之间的相互作用是连接不同营养级的关键环节之一。捕食者多样性及组成对猎物的影响会逐级传递至初级生产者，最终调控生态系统功能，如生产力、害虫控制及分解过程等。同时，捕食者群落结构与多样性，及其产生的自上而下的调控强度，可能受其猎物群落及提供基础资源的植物的自下而上影响。当下，人类对生态系统的改造和气候变化正在改变这些群落并不可避免地导致生物多样性丧失。这些变化如何影响不同营养级之间的相互作用？对于许多生态系统中高度多样的节肢动物群落而言，试图回答这些问题仍具较大的挑战性。
蜘蛛是广泛分布于各类生态系统中的广食性捕食者，据估计全球蜘蛛每年能消耗约4-8亿吨猎物，对下层营养级具有广泛的控制作用。因此，量化捕食性蜘蛛-猎物网络的结构变化，有助于揭示植物群落对这些网络的自下而上的影响。结构清晰的网络可揭示植物多样性对多营养级群落结构与稳定性的机制性影响。由于捕食性蜘蛛体型较小、活动能力强且使用体外消化的取食方式，采用传统方法（如野外观察及分析肠道和粪便中的组织残留物），获取其猎物谱存在较大挑战。然而，宏条形码技术通过对捕食者肠道内容物进行高通量测序，为量化猎物多样性提供了强大的替代方案，为深入理解捕食者与其他营养级之间相互作用的途径与机制提供了新的方案。
图1 新岗山蜘蛛捕食昆虫（陈婧婷摄）
动物研究所功能昆虫群进化研究组联合德国哥廷根大学Andreas Schuldt、植物研究所马克平研究组等合作团队，立足世界上最大的亚热带树木多样性实验基地（BEF-China）中，对树栖蜘蛛（结网型和游猎型）进行系统采集，应用宏条形码检测蜘蛛肠道内食物组成，并构建了捕食性蜘蛛-猎物互作网络。研究结合多维度多样性（物种多样性、系统发生多样性、功能多样性和结构多样性），分析树木与蜘蛛群落如何影响猎物多样性及蜘蛛-猎物互作网络结构。研究发现：
1）猎物丰富度和蜘蛛-猎物网络结构同时受到树木群落下行效应和蜘蛛群落上行效应的影响，但不同捕猎模式蜘蛛的猎物丰富度和网络结构的驱动因素不尽相同；
2）结网蜘蛛的猎物多样性和互作网络结构受到其系统发育关系的显著影响。系统发育关系差异促进了结网蜘蛛的共存，导致其猎物丰富度、互作网络普遍性、生态位重叠和猎物脆弱性增加；
3）游猎蜘蛛主要受到树木群落垂直结构复杂性影响。复杂的环境结构限制了游猎蜘蛛的移动性，但庇护所增加促进游猎蜘蛛的共存，最终降低其捕获猎物的丰富度和食谱广度。
上述研究结果以“Bottom-up and top-down effects combine to drive predator-prey interactions in a forest biodiversity experiment”为题在Journal of Animal Ecology在线发表。中国科学院动物研究所博士后陈婧婷为第一作者；其参与了研究组在BEF-China样地多年的昆虫多样性监测工作并获取了丰富的捕食者蜘蛛数据，主要实施并完成了该研究工作。中国科学院动物研究所朱朝东研究员和哥廷根大学Andreas Schuldt教授共同构思并设计了课题。该研究得到了“BEF-China”亚热带森林植物多样性实验基地的工作人员的大力支持与帮助。同时，该工作得到了国家重点研发计划（2022YFF0802300）和中国科学院先导B专项（XDB310304）等项目的资助。
图2 蜘蛛猎物多样性与(a)树木功能多样性，(b)树木垂直结构多样性，和(c)蜘蛛系统发生多样性的关系。
图3结网型蜘蛛和游猎型蜘蛛的(a, e)猎物物种丰富度，(b, f)广性，(c, g)脆弱性，和(d, h)生态位重叠度与关键影响因子的关系。
结网蜘蛛的关键影响因子是蜘蛛系统发生多样性，游猎型蜘蛛的关键影响因子是树木垂直结构多样性。
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