气候变暖背景下入侵与本土鲶鱼的营养相互作用及分布动态对淡水生态系统的叠加影响

《NeoBiota》：?Trophic interactions and climate-driven range dynamics of native and invasive catfish in freshwater ecosystems

本研究针对入侵物种与气候变化共同驱动淡水生态系统生物多样性丧失的难题，以土耳其热稳定淡水系统中的入侵物种非洲鲶鱼（Clarias gariepinus）和本土六须鲶（Silurus glanis）为对象，结合比较功能反应（CFR）实验、稳定同位素分析（SIA）和生态位模型（ENM），量化了二者对本土猎物（Alburnus escherichii）和广布入侵猎物（Carassius gibelio）的捕食模式与营养生态位。研究发现，两种捕食者均对本土地表鱼表现出更高的捕食效率，且入侵鲶鱼在温暖条件下具有更强的消费潜力与生态影响；未来气候情景下两物种分布范围扩张且重叠增加，可能加剧种间相互作用并提升对本土鱼群的捕食压力。该研究为预测和缓解气候变化放大的淡水生态系统入侵风险提供了多方法整合的研究范式。

　　

在全球变化的背景下，淡水生态系统正面临着入侵物种和气候变化的双重夹击，生物多样性丧失的速度不断加快。然而，这两大驱动因素如何相互作用，特别是如何影响捕食者与猎物之间的动态，我们仍然知之甚少。这其中，大型肉食性鱼类作为水生食物网的关键节点，其种群变动往往能引发整个生态系统的连锁反应。入侵的非洲鲶鱼（Clarias gariepinus）凭借其强大的适应性和贪婪的食性，在全球许多淡水水域中“攻城略地”，而在其入侵地，它常常会遇到功能相似的本地“霸主”，例如在欧洲和土耳其水域广泛分布但种群正受到威胁的六须鲶（Silurus glanis）。当这两位“水下巨无霸”相遇，会擦出怎样的火花？是激烈的竞争，还是微妙的共存？它们的存在，又会给本就脆弱的本土小鱼种群带来怎样的命运？更重要的是，在全球变暖的推波助澜下，未来的故事又将如何上演？为了回答这些紧迫的问题，一篇发表在《NeoBiota》上的研究，为我们揭开了这幕水下生态戏剧的冰山一角。

研究人员采用了一种综合性的“三管齐下”策略。首先，他们在实验室中进行了比较功能响应（Comparative Functional Response, CFR）实验，精确量化了两种鲶鱼在不同密度下对本土猎物（Alburnus escherichii）和入侵猎物（Carassius gibelio）的捕食效率（攻击率和处理时间）。其次，他们从野外（土耳其萨卡里亚河埃米内金河段）采集了两种捕食者及两种猎物的肌肉组织样本，通过稳定同位素分析（Stable Isotope Analysis, SIA；测定δ¹³C和δ¹⁵N值）来揭示它们在自然状态下的营养位置（Trophic Position, TP）和生态位重叠情况。最后，利用从全球生物多样性信息网络（GBIF）和实地采样获取的物种分布数据，结合当前和未来的气候情景数据，通过生态位模型（Ecological Niche Modelling, ENM）和物种分布模型（Species Distribution Modelling, SDM）预测了两种捕食者及其猎物的潜在分布范围变化和未来重叠区域。

比较功能反应

所有捕食者-猎物组合均表现出显著的II型功能反应，即在低猎物密度下捕食率最高。两种捕食者对本土猎物Alburnus escherichii的捕食曲线均高于对入侵猎物Carassius gibelio。具体而言，入侵鲶鱼C. gariepinus在捕食A. escherichii时表现出比本土鲶鱼S. glanis显著更高的攻击率。对于两种猎物，两种捕食者对C. gibelio的处理时间均显著长于对A. escherichii的处理时间，表明入侵猎物可能因其体型（更深的身体）或缺乏协同进化经验而具有一定的抗捕食能力。功能响应比率（FRR = 攻击率/处理时间）分析进一步确认，两种捕食者对本土猎物A. escherichii的潜在生态影响远大于对入侵猎物C. gibelio。

同位素分析

对野外种群的分析显示，两种捕食者的营养位置（TP）相近（S. glanis略高），但它们的稳定碳同位素（δ¹³C）值存在显著差异。标准椭圆面积（Standard Ellipse Area, SEA）分析表明，两种鲶鱼在野外的营养生态位重叠非常有限（95% SEA重叠面积仅为5.4%）。这表明，尽管实验室中它们表现出相似的捕食能力，但在自然环境中，可能存在食性分化或栖息地分离，从而减少了直接的竞争。S. glanis的营养位置和δ¹³C值与其体型大小呈显著正相关，暗示其食性可能随个体增长而变化。

生态位建模

模型预测显示，在当前和未来气候情景下（SSP1-2.6和SSP5-8.5），两种捕食者以及猎物的适宜栖息地范围均可能发生变化。S. glanis与两种猎物（尤其是A. escherichii）的栖息地重叠程度远高于C. gariepinus与猎物的重叠程度。尽管总体重叠面积比例看似不高，但在未来（特别是SSP5-8.5情景下2080-2100年），高适宜度等级（如60-80%适宜度）的重叠区域有增加趋势，预示着未来在特定热点区域物种间相互作用的可能性会增加。主导物种分布的关键环境变量包括等温性（BIO3）、最热月最高温（BIO5）、年温度范围（BIO7）等温度相关因子。

该研究通过整合实验、野外数据和模型模拟，揭示了入侵鲶鱼C. gariepinus在与本土鲶鱼S. glanis共存时，可能通过营养生态位收缩（特化）来减少竞争，同时两者均对本土地表鱼A. escherichii构成显著的捕食威胁。气候变暖将促使两者的分布范围扩张和重叠增加，从而可能在未来加剧对本土鱼类群落的捕食压力，并潜在改变种间相互作用格局。研究结果强调了在气候变化背景下，需要采取综合管理策略，包括加强生物安全、恢复栖息地以及监测捕食者-猎物动态，以应对入侵物种与气候变化协同作用对淡水生物多样性构成的日益严重的威胁。这项研究也为理解复杂生态相互作用提供了将机理实验与空间显式预测相结合的有力框架。