整合分析丨什么決定了鳥類生態(tài)位寬度？

人類活動正在改變?nèi)驓夂颍F(xiàn)有研究普遍認為占據(jù)更廣氣候生態(tài)位的物種對氣候變化的抵御能力更強。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)位是一個基礎(chǔ)但重要的生態(tài)學問題，同時能夠為保護提供理論支持。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的原因尚不清晰（即可能的進化驅(qū)動力）。為此，美國德克薩斯州大學的Rodrigues和Botero利用公民科學觀鳥數(shù)據(jù)進行研究，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)注了以下幾個可能影響氣候生態(tài)位寬度的重要指標：

1、活動能力【相關(guān)指標：遷徙Mig，手翼指數(shù)HWI】

① 活動能力增強有助于發(fā)現(xiàn)新棲息地和資源，有助于生態(tài)位擴張。

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

2、行為靈活性【相關(guān)指標：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發(fā)新的棲息地和資源，在機會出現(xiàn)時支持生態(tài)位擴張。例如廣食性有助于拓展新棲息地，推動生態(tài)位擴張。

② 廣食性也可能促進對特定地點的食源依賴，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，促進生態(tài)位擴張。

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

4、譜系年齡Age

① 年輕譜系還在擴張-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會，促進生態(tài)位擴張。

② 年老譜系則經(jīng)歷過擴張-分化，進入到專一化-收縮階段，最終導致生態(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：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)位擴張的機會。

方法

作者使用eBird上的觀測數(shù)據(jù)構(gòu)建物種分布模型推斷鳥類繁殖范圍地圖，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)存鳥類。使用當?shù)販囟群徒邓钠骄怠⒆儺愋院涂深A測性來表征鳥類氣候生態(tài)位的廣度。使用系統(tǒng)發(fā)育路徑分析檢驗上述指標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個主要指示氣候模式的指標 b 和 c（b“溫度嚴酷性”-藍色表示較冷、變化較大、不可預測的溫度；c“干旱嚴酷性”-大地色表示降水較少、變化較大且不可預測）→ 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有的氣候類型）。通過核密度估計，得到a中兩個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)的彩色點表示各自的氣候生態(tài)位中心點，用于確定生態(tài)位 “中心性”。

結(jié)果

1：更容易進入新環(huán)境可以促進生態(tài)位的擴張

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)位中心反過來會限制其上限，因為全球生態(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間通過生態(tài)位中心性與生態(tài)位寬度間接關(guān)聯(lián)。此時生態(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，因為這些氣候類型往往被較少的潛在競爭者占據(jù)，從而導致生態(tài)釋放（注意，地球上生物多樣性最強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，因為它們覆蓋了較大的地理區(qū)域，從而促進了生態(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促進對生境的忠誠度來實現(xiàn)氣候生態(tài)位的專化

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

4：更大的腦與更強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）對生態(tài)位中心性和/或生態(tài)位廣度有負面影響。這一發(fā)現(xiàn)有些出乎意料，因為人們普遍認為這些特征有助于利用更多樣化的棲息地，因此有望促進更寬廣的氣候生態(tài)位。這可能是因為更大的腦有助于鳥類占據(jù)更極端、更季節(jié)性的環(huán)境，或有助于緩沖種間競爭，導致與食性類似的效應：有助于專性氣候生態(tài)位的產(chǎn)生。不過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

這項工作表明，鳥類氣候生態(tài)位的演變是由一系列相互關(guān)聯(lián)的因素組成的復雜網(wǎng)絡(luò)所塑造的，其中部分關(guān)聯(lián)模式可能會挑戰(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，這是因為種間互作也同樣在其中起作用。

研究結(jié)果還強調(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致更廣泛的氣候生態(tài)位，這意味著傳統(tǒng)的風險因素，如種群規(guī)模和繁殖范圍，有時會嚴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

比起收集鳥種更喜歡觀察行為的“假”觀鳥人，對每種生物都感到神奇。

研究方向：行為生態(tài)學、宏進化生態(tài)學

編輯：鄧以琳

審核：趙媛媛 吳越 潘達