朱朝东研究组揭示亚热带森林植食性昆虫共现机制

Phylogenetic relatedness, functional traits, and spatial scale determine herbivore co-occurrence in a subtropical forest

Ming-Qiang Wang, Chuan Yan, Arong Luo, Yi Li, Douglas Chesters, Hui-Jie Qiao, Jing-Ting Chen, Qing-Song Zhou, Keping Ma, Helge Bruelheide, Andreas Schuldt, Zhibin Zhang, Chao-Dong Zhu, 

First published: 29 October 2021

        生态系统中，物种间是否共存最直接的表现就是物种的共现，物种共现可以用于检验两个或者更多物种能否共存。研究并理解物种共现、共存的相关机制不仅是生态学研究中一个热点问题，也是一项重要挑战。此前研究表明：各种生物和非生物因素与物种生活史的生态位分配和权衡关系密切，可能在物种共存中发挥重要作用。但是，目前尚不清楚物种自身的系统发生距离和功能性状如何通过跨营养级影响物种的共现。

       动物研究所朱朝东研究组联合张知彬研究组、植物研究所马克平研究组和德国哥廷根大学Andreas Schuldt、Martin-Luther-Universität的Helge Bruelheide等合作团队，基于目前世界上最大的树种多样性实验基地（图1），以乔木上的植食性鳞翅目幼虫为研究对象，计算了物种之间的两两共现指数，并研究了鳞翅目在三个空间尺度（树体、树种和样方）上的系统发生距离如何影响这些共现概率。此外，该研究还考虑了树种多样性和树木功能性状对物种共现的影响。研究发现：植食性鳞翅目幼虫共现指数与树和鳞翅目的系统发生距离呈显著负相关；系统发生结构在三个空间尺度上均表现为聚集模式（clustering pattern）。该结果支持了整体上环境过滤（environmental filtering）的重要作用（图2）。研究还发现：植食性鳞翅目幼虫共现与营养功能性状（C:N浓度）呈正相关，但与防御性状（如叶韧度），以及树种多样性（树的物种丰富度和系统发生多样性MPD）呈负相关（图3）。此外，鳞翅目物种的共现率在较小的空间尺度上（树体水平）比树种和样方水平更低。这表明：在更小空间尺度下竞争排斥原理（competition exclusion principles）的作用明显。

       该研究结果揭示了森林系统中植食性昆虫共存模式的一般机制：鳞翅目的系统发生关系、宿主植物的功能性状和多样性、空间尺度均对植食者共现有着重要影响。研究结果总体表明：在亚热带森林生态系统中，多种驱动力能通过物种间相互作用，显著影响植食者群落的物种共现共存，其中环境过滤是主要驱动力。但是对于不同空间尺度而言，这些驱动力的相对重要性有所不同，如：小尺度下物种间的较低共现率表明了种间竞争排斥的重要作用。

       这一研究结果以“Phylogenetic relatedness, functional traits and spatial scale determine herbivore co-occurrence in a subtropical forest”为题于2021年10月29日在生态学期刊Ecological Monographs在线发表。该研究跨营养级揭示了植食性鳞翅目幼虫的共现机制，在评审过程中获得了编辑和两位审稿人的高度评价。中国科学院动物研究所博士后王明强博士作为第一作者，带领研究生在样地坚持昆虫多样性监测并在实验室获取了植食性鳞翅目幼虫独特且丰富的数据集，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为该论文通讯作者，张知彬研究员参与了论文的构思。中国科学院植物研究所马克平研究员和Martin-Luther-Universität的Helge Bruelheide教授前瞻性的样地设计为该项工作顺利开展奠定了重要贡献。该研究得到了中国科学院先导B专项（XDB310304）和国家杰出青年科学基金（31625024）等的持续资助。

图1 样地和样方设计

图2 鳞翅目幼虫系统发生距离与共现指数的关系

图3 宿主植物多样性及功能性状与鳞翅目植食者共现率的关系