生物间高阶相互作用研究进展
发布时间：2021-10-13 11:40
生物间的相互作用是物种共存和生物多样性维持的关键。传统的物种共存研究主要关注配对物种之间的直接相互作用,而忽略了更为复杂的间接相互作用。本文首先介绍了两种间接相互作用:链式相互作用（本质上仍是两两物种之间的相互作用）和高阶相互作用。在此基础上,我们回顾了高阶相互作用定义的演变历史（包括狭义的高阶相互作用和广义的高阶相互作用）及其检验方法,并介绍了高阶相互作用在多营养级之间和同一营养级内的研究概况。目前,生态学家主要对多营养级之间（如食物网）的高阶相互作用的特征、发生机制、作用途径及实验证据等方面进行了详尽的研究。近年来,同一营养级内的高阶相互作用也开始受到关注,因此我们进一步介绍了同一营养级内个体水平高阶相互作用的重要意义和度量方法。从个体水平上研究高阶相互作用,既能统一狭义和广义高阶相互作用在定义上的争议,又可以将个体间的差异（如个体大小、个体的空间分布等信息）考虑进来。最后,本文对高阶相互作用一些可能的重要研究方向进行了展望:在自然群落中（尤其同一营养级内）检验高阶相互作用的普遍性与相对重要性,探讨高阶相互作用的发生机制以及如何将高阶相互作用整合到现有的理论体系中等。高阶相互作用的...
【文章来源】：生物多样性. 2020,28(11)北大核心CSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
包含直接和间接相互作用的生态网络。灰色箭头为直接配对相互作用(箭头1–3),黑色箭头为间接相互作用(箭头4–5)。在间接相互作用中,箭头4表示高阶相互作用,即物种k影响的是物种j和i之间的相互作用,箭头5表示链式相互作用,即物种k先影响物种j的密度进而影响物种i。可见,物种k对物种i既存在直接相互作用(箭头1),也存在间接相互作用(箭头4和5)。箭头表示作用方向,为简单起见,只绘出了单向作用。
同样地，如果d[im,jp]或d[jp,kq]大于邻域半径R,就将其设置成无穷大。在不考虑个体大小与空间距离时(u=0且v=0),邻体对目标个体的直接与高阶相互作用的量化可简化成仅与邻体密度相关的形式(Mayfield&Stouffer,2017)。考虑个体大小与空间分布时(u≠0且v≠0)的量化方法可区分邻体kq通过邻体jp对目标个体im的高阶相互作用(?imjp,kq)和邻体jp通过邻体kq对目标个体im的高阶相互作进而区分物种k通过物种j对物种i的高阶相互作用(βij,k)和物种j通过物种k对物种i的高阶相互作用(βik,j),这是仅在种群水平上量化高阶相互作用所无法实现的。4研究展望
由于高阶相互作用的定义和相关术语的使用较为混淆,这里我们简要整理了它们之间的关系(图2)。传统意义上的高阶相互作用,一般又称为相互作用的调节(interaction modifications,Case&Bender,1981;Abrams,1983;Adler&Morris,1994;Levine et al,2017),是指一个物种对另一个物种的直接作用强度受到其他物种的影响。其发生机制在于物种j在物种k存在时有性状(形态、生理、行为等)上的可塑性变化,并且物种j的这种可塑性变化会改变其对物种i的直接作用强度(图1箭头4),因而又称为性状介导的间接相互作用(Abrams,1995;Werner&Peacor,2003;Levine et al,2017)。因此这类定义一般认为高阶相互作用只可能发生在由三个或三个以上物种所组成的系统中,不过也有研究认为可发生在两物种的情况(物种j或者物种k可与目标物种i为同一物种)(Case&Bender,1981;Kleinhesselink et al,2019)。近年来相关研究将高阶相互作用定义为系统中所有物种(包括目标物种自身)对目标物种单位种群增长速率的非线性密度制约效应(nonlinear density dependence,Bairey et al,2016;Kleinhesselink et al,2019;Letten&Stouffer,2019;Xiao et al,2020)。Kleinhesselink等(2019)将这两类定义区分为狭义高阶相互作用(hard-HOIs,前者)和广义高阶相互作用(soft-HOIs,后者)。狭义的高阶相互作用因一个物种对另一个物种的直接作用强度依赖于其他物种,一定会产生非线性密度制约效应,因而属于广义高阶相互作用的范畴。而广义高阶相互作用不仅包含狭义相互作用,还包含种内高阶相互作用(intraspecific HOIs)或种内非线性(intraspecific nonlinearity),即βij,jNj2项(等式5物种j和k为同一物种时)。传统的研究强调狭义与广义相互作用的区分,并提出了一系列检验种群动态模型中是否包含狭义高阶相互作用的方法(表1)。我们则认为狭义与广义的高阶相互作用可统一于个体水平的高阶相互作用(individual-level HOIs),详见下文第3节。2.1跨营养级的高阶相互作用
【参考文献】：
期刊论文
[1]食物网结构与功能:理论进展与展望[J]. 王少鹏. 生物多样性. 2020(11)
[2]结构稳定性:概念、方法和应用[J]. 宋础良. 生物多样性. 2020(11)
[3]植物大年结实及其与动物贮食行为之间的关系[J]. 杨锡福,张洪茂,张知彬. 生物多样性. 2020(07)
[4]复杂性–稳定性研究:数学模型的进展[J]. 徐光华,李小玉,施春华. 生物多样性. 2019(12)
[5]生态系统基于性状调节的物种间接作用:特征、成因及后果[J]. 朱玉,王德利,钟志伟. 生态学报. 2017(23)
[6]物种共存理论研究进展[J]. 储诚进,王酉石,刘宇,蒋林,何芳良. 生物多样性. 2017(04)
[7]传粉网络的研究进展:网络的结构和动态[J]. 方强,黄双全. 生物多样性. 2012(03)
本文编号：3434591
【文章来源】：生物多样性. 2020,28(11)北大核心CSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
包含直接和间接相互作用的生态网络。灰色箭头为直接配对相互作用(箭头1–3),黑色箭头为间接相互作用(箭头4–5)。在间接相互作用中,箭头4表示高阶相互作用,即物种k影响的是物种j和i之间的相互作用,箭头5表示链式相互作用,即物种k先影响物种j的密度进而影响物种i。可见,物种k对物种i既存在直接相互作用(箭头1),也存在间接相互作用(箭头4和5)。箭头表示作用方向,为简单起见,只绘出了单向作用。
同样地，如果d[im,jp]或d[jp,kq]大于邻域半径R,就将其设置成无穷大。在不考虑个体大小与空间距离时(u=0且v=0),邻体对目标个体的直接与高阶相互作用的量化可简化成仅与邻体密度相关的形式(Mayfield&Stouffer,2017)。考虑个体大小与空间分布时(u≠0且v≠0)的量化方法可区分邻体kq通过邻体jp对目标个体im的高阶相互作用(?imjp,kq)和邻体jp通过邻体kq对目标个体im的高阶相互作进而区分物种k通过物种j对物种i的高阶相互作用(βij,k)和物种j通过物种k对物种i的高阶相互作用(βik,j),这是仅在种群水平上量化高阶相互作用所无法实现的。4研究展望
由于高阶相互作用的定义和相关术语的使用较为混淆,这里我们简要整理了它们之间的关系(图2)。传统意义上的高阶相互作用,一般又称为相互作用的调节(interaction modifications,Case&Bender,1981;Abrams,1983;Adler&Morris,1994;Levine et al,2017),是指一个物种对另一个物种的直接作用强度受到其他物种的影响。其发生机制在于物种j在物种k存在时有性状(形态、生理、行为等)上的可塑性变化,并且物种j的这种可塑性变化会改变其对物种i的直接作用强度(图1箭头4),因而又称为性状介导的间接相互作用(Abrams,1995;Werner&Peacor,2003;Levine et al,2017)。因此这类定义一般认为高阶相互作用只可能发生在由三个或三个以上物种所组成的系统中,不过也有研究认为可发生在两物种的情况(物种j或者物种k可与目标物种i为同一物种)(Case&Bender,1981;Kleinhesselink et al,2019)。近年来相关研究将高阶相互作用定义为系统中所有物种(包括目标物种自身)对目标物种单位种群增长速率的非线性密度制约效应(nonlinear density dependence,Bairey et al,2016;Kleinhesselink et al,2019;Letten&Stouffer,2019;Xiao et al,2020)。Kleinhesselink等(2019)将这两类定义区分为狭义高阶相互作用(hard-HOIs,前者)和广义高阶相互作用(soft-HOIs,后者)。狭义的高阶相互作用因一个物种对另一个物种的直接作用强度依赖于其他物种,一定会产生非线性密度制约效应,因而属于广义高阶相互作用的范畴。而广义高阶相互作用不仅包含狭义相互作用,还包含种内高阶相互作用(intraspecific HOIs)或种内非线性(intraspecific nonlinearity),即βij,jNj2项(等式5物种j和k为同一物种时)。传统的研究强调狭义与广义相互作用的区分,并提出了一系列检验种群动态模型中是否包含狭义高阶相互作用的方法(表1)。我们则认为狭义与广义的高阶相互作用可统一于个体水平的高阶相互作用(individual-level HOIs),详见下文第3节。2.1跨营养级的高阶相互作用
【参考文献】：
期刊论文
[1]食物网结构与功能:理论进展与展望[J]. 王少鹏. 生物多样性. 2020(11)
[2]结构稳定性:概念、方法和应用[J]. 宋础良. 生物多样性. 2020(11)
[3]植物大年结实及其与动物贮食行为之间的关系[J]. 杨锡福,张洪茂,张知彬. 生物多样性. 2020(07)
[4]复杂性–稳定性研究:数学模型的进展[J]. 徐光华,李小玉,施春华. 生物多样性. 2019(12)
[5]生态系统基于性状调节的物种间接作用:特征、成因及后果[J]. 朱玉,王德利,钟志伟. 生态学报. 2017(23)
[6]物种共存理论研究进展[J]. 储诚进,王酉石,刘宇,蒋林,何芳良. 生物多样性. 2017(04)
[7]传粉网络的研究进展:网络的结构和动态[J]. 方强,黄双全. 生物多样性. 2012(03)
本文编号：3434591
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