整合分析丨什么決定了鳥(niǎo)類生態(tài)位寬度？

人類活動(dòng)正在改變?nèi)驓夂颍F(xiàn)有研究普遍認(rèn)為占據(jù)更廣氣候生態(tài)位的物種對(duì)氣候變化的抵御能力更強(qiáng)。那么擁有哪些特征的物種能夠占據(jù)更寬廣的氣候生態(tài)位呢？

理解為什么一些物種比另一些物種占據(jù)更寬廣的氣候生態(tài)位是一個(gè)基礎(chǔ)但重要的生態(tài)學(xué)問(wèn)題，同時(shí)能夠?yàn)楸Ｗo(hù)提供理論支持。大量研究側(cè)重于回答氣候變化下物種分布范圍的改變（即后果），然而物種間差異響應(yīng)的原因尚不清晰（即可能的進(jìn)化驅(qū)動(dòng)力）。為此，美國(guó)德克薩斯州大學(xué)的Rodrigues和Botero利用公民科學(xué)觀鳥(niǎo)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，結(jié)果以“The global determinants of climate niche breadth in birds”為題，于2025年4月發(fā)表在Nature Communications上。

文章關(guān)注了以下幾個(gè)可能影響氣候生態(tài)位寬度的重要指標(biāo)：

1、活動(dòng)能力【相關(guān)指標(biāo)：遷徙Mig，手翼指數(shù)HWI】

① 活動(dòng)能力增強(qiáng)有助于發(fā)現(xiàn)新棲息地和資源，有助于生態(tài)位擴(kuò)張。

② 活動(dòng)能力增強(qiáng)可能幫助譜系逃避偶發(fā)的惡劣環(huán)境，促進(jìn)生態(tài)位專化。

2、行為靈活性【相關(guān)指標(biāo)：食性寬度Diet，腦容量大小Brain】

① 行為或表型的靈活性有助于開(kāi)發(fā)新的棲息地和資源，在機(jī)會(huì)出現(xiàn)時(shí)支持生態(tài)位擴(kuò)張。例如廣食性有助于拓展新棲息地，推動(dòng)生態(tài)位擴(kuò)張。

② 廣食性也可能促進(jìn)對(duì)特定地點(diǎn)的食源依賴，并支持氣候生態(tài)位專化。

3、體型BS

① 隨著體型增大，代謝需求增加，可能需要更大的生態(tài)位，促進(jìn)生態(tài)位擴(kuò)張。

② 較大的體型還可以減少捕食壓力，提高競(jìng)爭(zhēng)能力，有利于在現(xiàn)有棲息地的生存和新棲息地的定居，促進(jìn)生態(tài)位專化。

4、譜系年齡Age

① 年輕譜系還在擴(kuò)張-分化階段，為探索發(fā)現(xiàn)和接觸更多環(huán)境變化提供了更多機(jī)會(huì)，促進(jìn)生態(tài)位擴(kuò)張。

② 年老譜系則經(jīng)歷過(guò)擴(kuò)張-分化，進(jìn)入到專一化-收縮階段，最終導(dǎo)致生態(tài)特化和/或更有限的地理分布，生態(tài)位專化。

5、環(huán)境【相關(guān)指標(biāo)：氣候生態(tài)位中心性Niche Centrality】

① 棲息地附近有更多不同氣候類型的棲息地（即全球氣候空間地圖中生態(tài)位中心到邊緣的最小距離）可增加生態(tài)位擴(kuò)張的機(jī)會(huì)。

方法

作者使用eBird上的觀測(cè)數(shù)據(jù)構(gòu)建物種分布模型推斷鳥(niǎo)類繁殖范圍地圖，保留較大數(shù)據(jù)量的物種，最終樣本包括1471個(gè)物種，涵蓋不同系統(tǒng)發(fā)育位置、地理和氣候分布的現(xiàn)存鳥(niǎo)類。使用當(dāng)?shù)販囟群徒邓钠骄怠⒆儺愋院涂深A(yù)測(cè)性來(lái)表征鳥(niǎo)類氣候生態(tài)位的廣度。使用系統(tǒng)發(fā)育路徑分析檢驗(yàn)上述指標(biāo)之間的直接與間接關(guān)系。

圖1提取物種氣候生態(tài)位的方法流程

a 物種地理分布 → 降維得到2個(gè)主要指示氣候模式的指標(biāo) b 和 c（b“溫度嚴(yán)酷性”-藍(lán)色表示較冷、變化較大、不可預(yù)測(cè)的溫度；c“干旱嚴(yán)酷性”-大地色表示降水較少、變化較大且不可預(yù)測(cè)）→ d 全球不同氣候類型的可利用性，深色表示特定氣候類型往往出現(xiàn)在更大的物理空間區(qū)域（淺灰色表示全球都沒(méi)有的氣候類型）。通過(guò)核密度估計(jì)，得到a中兩個(gè)物種在氣候空間中出現(xiàn)的95%概率（又稱“氣候生態(tài)位”）。區(qū)域內(nèi)的彩色點(diǎn)表示各自的氣候生態(tài)位中心點(diǎn)，用于確定生態(tài)位 “中心性”。

結(jié)果

1：更容易進(jìn)入新環(huán)境可以促進(jìn)生態(tài)位的擴(kuò)張

如圖2，遷徙和生態(tài)位中心性與更寬廣的生態(tài)位有關(guān)，但是生態(tài)位中心反過(guò)來(lái)會(huì)限制其上限，因?yàn)槿蛏鷳B(tài)位中心的氣候類型密度較低。

2：更大的體型和專性飲食有助于占據(jù)空間稀有的棲息地

體型、食性寬度以及可能的分化時(shí)間通過(guò)生態(tài)位中心性與生態(tài)位寬度間接關(guān)聯(lián)。此時(shí)生態(tài)位中心性與生態(tài)位寬度的關(guān)系至少有兩種解釋：①在氣候空間的較中心位置，生態(tài)位可能更寬，因?yàn)檫@些氣候類型往往被較少的潛在競(jìng)爭(zhēng)者占據(jù)，從而導(dǎo)致生態(tài)釋放（注意，地球上生物多樣性最強(qiáng)的棲息地往往不在中心）。②氣候空間中較邊緣的氣候類型有利于較窄生態(tài)位的演化，因?yàn)樗鼈兏采w了較大的地理區(qū)域，從而促進(jìn)了生態(tài)位的專化。

圖2系統(tǒng)發(fā)育路徑分析

3：更廣泛的食性可以通過(guò)促進(jìn)對(duì)生境的忠誠(chéng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)氣候生態(tài)位的專化

見(jiàn)圖2中 “Diet” - “Niche Centrality” - “Niche Breadth” 連接路徑，支持假說(shuō)：廣食性物種在同一棲息地的食物來(lái)源多樣，從而增加了其忍受食物環(huán)境波動(dòng)的能力，對(duì)該棲息地能夠保持忠誠(chéng)，間接促進(jìn)氣候生態(tài)位專化。

4：更大的腦與更強(qiáng)的飛行能力限制生態(tài)位寬度

腦的大小和飛行能力（手翼指數(shù)HWI）對(duì)生態(tài)位中心性和/或生態(tài)位廣度有負(fù)面影響。這一發(fā)現(xiàn)有些出乎意料，因?yàn)槿藗兤毡檎J(rèn)為這些特征有助于利用更多樣化的棲息地，因此有望促進(jìn)更寬廣的氣候生態(tài)位。這可能是因?yàn)楦蟮哪X有助于鳥(niǎo)類占據(jù)更極端、更季節(jié)性的環(huán)境，或有助于緩沖種間競(jìng)爭(zhēng)，導(dǎo)致與食性類似的效應(yīng)：有助于專性氣候生態(tài)位的產(chǎn)生。不過(guò)腦大小也與許多其他因素直接相關(guān)，許多聯(lián)系可能發(fā)揮重要作用。

圖3增加腦大小后的系統(tǒng)發(fā)育路徑分析結(jié)果（數(shù)據(jù)集變小，但與大樣本結(jié)果基本一致）

結(jié)論

這項(xiàng)工作表明，鳥(niǎo)類氣候生態(tài)位的演變是由一系列相互關(guān)聯(lián)的因素組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)所塑造的，其中部分關(guān)聯(lián)模式可能會(huì)挑戰(zhàn)現(xiàn)有的基于物種特征（如食性、腦大小等）與生態(tài)位寬度如何相聯(lián)系的觀點(diǎn)，這是因?yàn)榉N間互作也同樣在其中起作用。

研究結(jié)果還強(qiáng)調(diào)了可用氣候生態(tài)位空間的結(jié)構(gòu)在塑造生態(tài)位寬度方面發(fā)揮的關(guān)鍵作用。大的地理分布并不總是導(dǎo)致更廣泛的氣候生態(tài)位，這意味著傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)因素，如種群規(guī)模和繁殖范圍，有時(shí)會(huì)嚴(yán)重誤判快速氣候變化的脆弱性（特別是在北極物種中）。

譯者信息

林曦，AEE碩士畢業(yè)生、即將赴加拿大讀博

比起收集鳥(niǎo)種更喜歡觀察行為的“假”觀鳥(niǎo)人，對(duì)每種生物都感到神奇。

研究方向：行為生態(tài)學(xué)、宏進(jìn)化生態(tài)學(xué)

編輯：鄧以琳

審核：趙媛媛 吳越 潘達(dá)