《Nature | 捕食者集群死亡事件通过营养解耦重构食物网》

  • 来源专题:战略生物资源
  • 编译者: 李康音
  • 发布时间:2024-01-18
  • 2024年1月17日,阿肯色大学等机构的研究人员在Nature上发表了题为Predator mass mortality events restructure food webs through trophic decoupling的文章。

    捕食者在构建生态系统方面发挥着关键作用。然而,捕食者数量减小在全球范围内正在加速,捕食者大规模死亡事件(MME)——快速大规模死亡——现在是人类世时代的象征。由于其罕见且不可预测的性质,我们对MME如何立即影响生态系统缺乏了解。过去的捕食者清除研究可能不足以理解MME的生态后果,因为在自然界中,死去的捕食者会就地分解并产生资源脉冲,这可能会通过暂时提高生产力来改变随之而来的生态系统动态。

    该研究通过实验在三营养淡水湖食物网中诱导MME,并报告了与捕食者减少或资源脉冲不同的生态动态,但这可以从理论中预测。MME导致了多样化的消费者和生产者社区的扩散,这是由于自上而下的捕食者控制减弱和捕食者分解导致的自下而上效应增强。与单纯的捕食者清除相比,MME后初级生产的增加抑制了消费者社区的反应。因此,MMEs产生的生物量动力学与未受干扰系统的生物量动力学最相似,表明它们可能是自然界中的隐秘扰动。这些生物量动态导致了营养脱钩,捕食者对初级生产者的间接有益作用丧失了,后来成为直接的自下而上效应,在集约化食草动物中刺激初级生产。这些结果揭示了MMEs的生态特征,并证明了预测随着全球变化加剧而产生的新型生态动态的可行性。

  • 原文来源:https://www.nature.com/articles/s41586-023-06931-7
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    • 编译者:liguiju
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    • 原绿球藻(Prochlorococcus)是地球上最小和最丰富的光合作用生物。单个原绿球藻细胞与人类红细胞相比相形见绌,但在全球范围内,这些微生物的数量达到了80亿,通过光合作用,产生了世界上大部分氧气。通常,原绿球藻广泛分布于海洋温暖的表层水中,随着两极气温的降低,数量急剧下降,因此,科学家认为,原绿球藻与很多海洋物种一样,温度是影响其分布的主控因素之一。但美国麻省理工学院(MIT)的科学家发现,原绿球藻的生存区域并非取决于温度,而是由与共同捕食者的关系决定。这项研究成果已发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。 该研究的合著者、麻省理工学院地球、大气和行星科学系(EAPS)的高级研究科学家Dutkiewicz说,普遍认为,随着海洋变暖,原绿球藻会向极地移动,温度决定了海洋中原绿藻和其他浮游植物的范围,但这一认识与实测数据存在差异。该研究团队检查了2003年、2016年和2017年在东北太平洋航线的观测结果,航次在不同的纬度,连续对水域进行采样,并测量各种细菌和浮游植物(包括原绿球藻)的浓度。研究团队绘制了原绿球藻明显减少或消失的位置图,并标注了每个位置的海洋温度。令人惊讶的是,原绿球藻的消失在13-18℃之间都有可能发生,而实验室研究表明,13-18℃是原绿球菌适合生长和繁衍温度。该研究的合著者Follett表示,这说明温度本身无法决定原绿球藻分布,因此,他们开始怀疑温度控制原绿球藻分布的科学性,转而着手研究原绿球藻与异养细菌的相互作用。研究人员采用海洋环流和海洋生态系统相互作用的模拟,通过MITgcm模型,模拟了世界各地的洋流和上升流区域,并采用生物地球化学模型模拟了营养物质在海洋中的重新分配方式。他们结合复杂的生态系统模型来模拟不同种类的细菌和浮游植物(包括原绿球藻)之间的相互作用。在细菌的情况下,模型显示原绿球菌分布范围广泛,包括温暖热带地区和寒冷的两极,这与理论和观察结果相反。当模型中加入其他微生物、细菌和共同捕食者时,原绿球藻的分布范围从两极转移,与原始研究巡航的观察结果相匹配。模型结果还显示,原绿球藻可以在营养水平非常低的水域中茁壮成长,并且是细菌的主要食物来源。这些水域也恰好是温暖的,适合原绿球菌和细菌以及它们共同的捕食者生活。但在营养更丰富的环境中(如极地地区),冷水和营养物质从深海涌出,更多种类的浮游植物可以生长,导致细菌快速繁殖,进而威胁到原绿球藻的生存,甚至消失殆尽。因此,结果表明,与细菌的共同捕食者的关系决定了原绿球藻的生长范围。将这种机制纳入模型对于预测其他海洋微生物对气候变化的响应机制至关重要。 研究人员认为原绿球藻可以有效指示全球海洋变化,如果它的生存范围扩大,表明海洋中的情况也发生了很大变化。Follett补充道,有理由相信它的范围会随着世界变暖而扩大,但必须厘清影响其生存范围的因素,仅仅基于温度的预测是不正确的。(傅圆圆  编译)
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