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将动物行为与受干扰环境中的生态系统变化关联起来

期刊:Frontiers in Ecology and EvolutionDOI:10.3389/fevo.2022.893453

主要作者及单位,发表时间及期刊
本文由Tawfiqur Rahman和Ulrika Candolin两位研究者撰写,二人隶属于芬兰赫尔辛基大学(University of Helsinki)的Organismal and Evolutionary Biology Research Program,文章发表于2022年7月14日的《Frontiers in Ecology and Evolution》期刊,专辑为“Behavioral and Evolutionary Ecology”,文章类型为专题综述(Review)。DOI号为10.3389/fevo.2022.893453。这是一篇开放获取文章,编辑为来自南非威特沃特斯兰德大学(University of the Witwatersrand)的Neville Pillay,审稿来自波兰Poznań University of Life Sciences的Piotr Tryjanowski及英国University of Brighton的Bryony Tolhurst。

文章主题及背景
文章的主题为“Linking Animal Behavior to Ecosystem Change in Disturbed Environments”,即在受环境干扰的生态系统中将动物行为与生态系统变化联系起来。研究背景在于人类活动导致的全球环境变化,这种变化不仅直接影响物种生存环境,也通过物种之间的相互关系和受干扰的非生物条件间接影响生态系统。伴随着栖息地破坏、污染、气候变化以及外来物种的入侵,生态系统的稳定性和功能均受到冲击。这篇综述的目的是梳理前人在理论与实证研究中的成果,以构建一个行为响应与改变的物种相互作用、群落动态以及生态系统过程之间联系的概念框架,进一步解释行为响应如何影响生态系统结构、功能以及稳定性。

文章主要观点与分述

  1. 动物行为在应对环境变化中的机制和重要性
    环境变化往往首先引发个体的行为变化,这些行为可能是直接的,例如迁移,或者通过生理和生命周期特征的变化间接体现,如压力水平升高或生殖期推迟。行为响应可以通过物种间的相互作用网络,对群落其他物种产生连锁效应(cascading effects)。这种作用机制可以通过属性驱动(trait-mediated)或密度驱动(density-mediated)产生,前者是因为某一物种行为的直接变化影响了其他物种,而后者是行为对出生、死亡或迁移率影响到物种密度,再进一步影响其他物种。文章指出,了解这些行为响应的发生原因和生态影响,有助于预测干扰对群落和生态系统的影响,并采取相应的干预措施来减缓负面影响。

  2. 环境干扰对行为的影响类型及机制

    • 栖息地变化:栖息地的破坏和分割会导致动物行为的调整,例如掠食者可能改变捕猎策略来适应新的环境。此外,栖息地变化还可能通过改变群落组成间接影响行为,例如衡量成功捕食事件时可能产生的反馈效应。
    • 污染:化学、噪声和光污染等形式的环境污染会直接影响动物的迁移、活动以及繁殖行为。此外,污染物通过食物网的传递会产生间接影响,高浓缩的污染物可能通过捕食途径影响较高营养级的物种。
    • 外来物种:人类活动促进了外来物种的传播。外来物种的入侵可能对本地物种造成捕食压力、竞争压力及疾病传播等,改变原有群落的行为特征和种间关系。例如,外来物种可能改变本地物种的栖息地选择或竞争强度。
    • 气候变化:全球变暖改变了栖息地条件及物种代谢,触发了一系列行为改变。例如,变暖可能加速捕食者的觅食活动,但也可能因为能量需求过高超出供给水平而导致种群衰退。
  3. 关键物种及其行为在生态系统中的作用
    文章强调了一些关键物种(keystone species)、生态工程物种(ecosystem engineers)和优势种(dominant species)的重要性。

    • 关键物种:例如顶级捕食者对群落结构有重要调控作用。这些物种通常功能冗余较低,其消失会对生态系统产生显著影响。例如狼(Canis lupus)通过捕食调控草食动物数量,而草食动物的数量变化则进一步影响植物和生物多样性。
    • 生态工程物种:如海狸(Castor sp.)通过改变栖息环境对资源的可获得性产生影响。
    • 优势物种:例如在某些水域生态系统中占据较高数量的浮游动物,其行为变化可能对营养循环或者碳存储产生显著影响。研究精准锁定这些物种及其行为变化对揭示环境变化对生态系统的广泛影响具有重要意义。
  4. 物种间行为响应对交互网络的重组
    环境变化中的行为响应不仅影响个别物种的生存率,还重塑种间关系及交互网络。例如,顶层捕食者的下降可能通过捕食级联效应(top-down effects)改变群落结构,而生产者灭绝则会通过底层作用(bottom-up effects)引发二次物种灭绝。文章还指出,不同的交互类型(如捕食、竞争及互惠关系)对环境变化的敏感程度存在差异,这种差异决定了整体交互网络的稳定性。

  5. 生态功能与服务的改变
    由于行为变化直接影响种间关系及物质能量流动,因此可能影响生态系统的地球化学循环(如碳和养分循环)。例如,挖掘活动减少可能降低氧气供给,并进一步影响分解进程。此外,行为变化还影响生物多样性。许多生态服务,如授粉服务、种子传播和自然对害虫的控制均依赖特定物种的行为。由于环境变化导致的关键行为落实不足,可能会削弱生态系统稳定性,降低对生态扰动的恢复能力甚至减弱对人类需求的服务能力。

  6. 未来研究方向与管理建议
    文章强调未来研究应加强对行为变化及其生态影响的多学科综合研究,尤其是对不同环境压力共同作用的研究。同时,呼吁开放数据和协作性的研究方式。通过集中研究重要的“生物倍增器”(biotic multipliers)物种(如顶级捕食者、生态工程物种等)及其行为变化,可以获得足够的信息来揭示全球化干扰的生态机制,进而为管理和保护工作提供理论指导。

文章意义与展望
这篇综述充分展现了动物行为在生态系统动态与结构调节中的核心作用,并通过构建行为响应与生态系统变化之间的概念框架,揭示了人类活动引起环境变化的复杂生态路径。通过更深入理解机制层面的关联,该文章为解决当前生态危机、指导保护生物学及管理实践提供了重要理论支持。

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