shuiyue的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/shuiyue

博文

朝花夕拾『PNAS:树状结构系统的连通性如何影响生物多样性』

已有 2472 次阅读 2018-1-2 00:41 |系统分类:科研笔记

Dendritic connectivity controls biodiversity patterns in experimental metacommunities

Francesco Carrara, Florian Altermatt, PNAS, 2012

école Polytechnique Fédérale Lausanne, Switzerland, Eawag: Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology, Switzerland



导读:2017年的最后一天,实在想不出来有意义的新年(纪念)礼物,然而不怀旧顾往,似乎达不到憧憬新年的效果。那么暂且应个景儿,分享一篇旧文,探讨树状河网结构非常复杂的一种生态系统,定向扩散的驱动下、生物多样性的时空演化趋势。实验设计很有意思,希望对大家的研究有所启发。另祝,新年快乐,多发paper



河流生态系统可以说是地球上最复杂的生态系统之一。其定向流动(directional flow)的特质,为剖析扩散(dispersal)如何作用于生物多样性空间格局提供了优良的模式体系。理论研究表明,树状河流的连通性会影响物种的扩散,进而影响生态系统的生物多样性。然而,目前仍然缺少相关的数据对此进行证实。本文通过实验模拟河流树状结构、人为操作模拟扩散的发生,来解析河流连通性对于生物多样性形成的影响。

1. 连通性实验设计

实验设计如图1所示。使用36孔板(每个孔的容积为10 ml)模拟集合群落(metacommunities)。根据每个孔内分别放入9种原生动物和1种轮虫,形成简单的本地群落(local community)。群落内投入3种细菌,喂食动物;并投入原生动物的粪便及土壤,为细菌提供营养。实验在常温条件进行。图1D和图1E分别模拟树状的扩散和栅格状的扩散。扩散的实现过程如图2

2. 扩散的过程模拟

群落的时空异质性(spatiotemporal heterogeneity)藉由“干扰-扩散事件来实现,该过程每周进行两次,共设置6次。具体过程如图2所示:每次随机选择15个孔进行干扰处理。所谓干扰,即清空一个选定的孔。从距离该孔最近的孔内吸取2 ml培养液置于镜像36孔板上与处理孔对应的位置、混匀,然后倒回至被清空的孔内。添加新的培养液,保证每个群落仍然是10ml的总容积。实验进行24天。为了对上述结果进行补充验证,研究人员还设计了模型群落。

3 图4. RN组和2D组物种丰度展示

如图3和图4所示,无论是控制实验还是模型模拟,RN组和2D组均呈现出相异的物种丰度结果。RN组的alpha多样性变化幅度明显大于2D组(图3和图4A,B),而RN组的多样性显著低于2D组。RN组的beta多样性则显著高于2D组。可以看出,各向异性的扩散与各向同性的扩散所引起的结果是明显不同的。模型模拟的预测结果可以看出,即使时间继续延长,本文所发现的趋势仍然能够继续维持很长时间。

那么,群落多样性与连通性程度具体有什么关系呢?接下来的分析,根据LC相连结点的个数对位点进行分类。H代表“headwater”,这一等级的LC只与下游结点相连,即dH=1C代表“confluence”,这一等级的结点与一个上游结点和两个下游结点相连,因此dC=3O代表“outlet”,只有上游一个结点,因此dO=1。如图5所示,H位点的alpha多样性显著低于C位点,其多样性变化幅度也更大。此外,H位点的beta多样性也高于C位点。由此可见,源头区与各向同性的扩散差异更大,这也说明了源头区对于河网结构生物多样性形成的重要性。

5. 多样性与连通程度的相关性

上述结果展示了扩散作用下群落多样性的动态变化,那么问题来了,如果失去了连通性、扩散作用不存在了,又会是什么情况呢?研究人员设置了隔离(isolation)处理,对此进行探讨。结果发现,由于由于竞争能力的差异,隔离培养结束时,只剩下4个物种,即群落的alpha多样性和beta多样性都下降了。这个结果一定程度上也可以看出,物种扩散与栖息地连通对于集合群落生物多样性维持的重要性。

6. 隔离处理的实验结果






https://wap.sciencenet.cn/blog-313491-1092608.html

上一篇:今日推荐『PNAS: 快速适应性进化促进种群在新环境里的迅速扩张』
下一篇:朝花夕拾 | 生物多样性的全球分布模式

0

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (1 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2021-9-18 22:40

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部