分子食物网研究揭示青藏高原多种食肉动物共存机制和群落结构特征

【作者】 陆琪； 程琛； 肖凌云； 李娟； 李雪阳； 赵翔； 吕植； 赵进东； 姚蒙；

【机构】 北京大学生命科学学院； 北京大学生态研究中心； 北京大学自然保护与社会发展研究中心； 山水自然保护中心； 西交利物浦大学健康与环境科学系；

【摘要】 全球范围内食肉动物的锐减引起食物网营养级简化和能量流动改变,危及生态系统的功能和稳定。为有效保护完整的食肉动物群落,需要理解物种间相互作用和群落稳定共存机制。然而,传统调查和分析方法上的局限性阻碍了获得群落水平上多种食肉动物的精细食性数据,难以定量和精准解析物种生态位关系。本研究以全球极少数仍然保有完整食肉动物群落的地区——青藏高原为研究区域,系统收集青海三江源地区3个动物群落889份食肉动物粪便样品,测序鉴定得到4科12种食肉目动物粪便603份,继而通过DNA宏条形码(DNA metabarcoding)技术获得其中8种主要食肉动物509份样品的高物种分辨率的食性数据,检测到11目的 44种脊椎动物食物。定量食物网分析结果显示,大型和中小型食肉动物共位群间以及共位群内存在明显的种间食性组成差异。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、狗捕获的猎物体型达到峰值。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,有助于多种食肉动物在青藏高原的严酷环境中共存。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,但只有食肉动物多样性最高的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)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。综上,本研究首次详细解析了青藏高原多个食肉动物群落的营养网络结构,显示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,并有助于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。更多还原