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本研究针对非本地物种热带爪蟾(Xenopus tropicalis)在佛罗里达的入侵问题,通过实验室控制实验探讨了本地食蚊鱼(Gambusia holbrooki)对其不同生命阶段的捕食抗性机制。研究发现食蚊鱼对热带爪蟾的卵和幼体阶段具有近乎完全的捕食抑制效应,且该效应在蝌蚪变态后显著减弱。食蚊鱼密度与栖息地复杂度对捕食效率影响有限,而成体爪蟾与食蚊鱼的共存反而会通过捕食协同作用加剧幼体死亡率。该研究为利用阶段特异性生物抗性控制两栖类入侵提供了理论依据,并提出了针对热带爪蟾幼虫阶段的生物防治新策略。
在全球化背景下,生物入侵已成为威胁生态系统稳定的重要因素。其中,两栖类动物因其复杂生命史(幼体与成体生态位差异显著)而表现出独特的入侵模式。热带爪蟾(Xenopus tropicalis)作为非洲中部特有的水生蛙类,2016年在美国佛罗里达州首次被发现建立野生种群,其近亲非洲爪蟾(X. laevis)已在多国造成生态危害(如传播壶菌病、捕食濒危鱼类)。值得注意的是,佛罗里达的热带爪蟾繁殖地均集中于无鱼类栖息的间歇性池塘,暗示其幼体可能易受鱼类捕食压力。这一现象引出了核心科学问题:本地捕食者能否通过阶段特异性生物抗性(biotic resistance)抑制入侵物种的种群建立?
为验证这一假说,佛罗里达大学的研究团队在《NeoBiota》发表论文,系统探究了本地食蚊鱼对不同生命阶段热带爪蟾的捕食效应及其调控因素。研究通过野外采集与实验室人工繁殖获得实验动物,采用系列控制实验(包括不同容积的水族箱和混凝土池)分析了食蚊鱼对卵、孵化蝌蚪、大小蝌蚪、变态个体、幼体和成蛙的致死率;同时测试了食蚊鱼密度、成体爪蟾的同类相食作用及栖息地结构复杂度对捕食效果的影响。统计方法涵盖非参数检验和广义线性模型,确保数据可靠性。
生命阶段脆弱性
结果显示,食蚊鱼对卵和蝌蚪阶段的致死率高达100%,变态期死亡率降至65%,而对幼蛙和成体无显著影响。蝌蚪尾部损伤是主要致死因素,证明捕食行为以撕咬为主而非完全吞食。
放养密度效应
食蚊鱼密度(5–25尾/平方米)均导致蝌蚪死亡率超过99%,低密度下幸存个体仍表现尾部损伤,表明即使少量食蚊鱼也能有效抑制种群补充。
同类相食与多捕食者协同
单独成体爪蟾对蝌蚪的捕食率仅3%,但与食蚊鱼共存时死亡率升至96%。统计模型证实二者存在显著交互效应(P<0.001),说明食蚊鱼的攻击行为削弱蝌蚪活动能力,间接促进成体爪蟾的捕食效率。
结构复杂性
人工植被密度(0–246株/平方米)未显著改变蝌蚪死亡率(均>98%),表明热带爪蟾蝌蚪因常在水层活动而难以利用植被避难。
研究结论强调,生物抗性效应高度依赖入侵物种的生命阶段:食蚊鱼通过靶向热带爪蟾的早期脆弱阶段(卵和幼虫)发挥强抑制作用,且该作用不受常见环境因子(如植被复杂度)削弱。从应用层面,在食蚊鱼原生分布区(如佛罗里达),可将其作为针对性生物防治工具,通过向间歇性池塘投放食蚊鱼阻断热带爪蟾的繁殖周期。然而,在非原生区域需谨慎使用,避免食蚊鱼自身成为入侵物种。该研究不仅拓宽了生物抗性理论在复杂生命史物种中的应用框架,也为两栖类入侵管理提供了阶段精准化的实践路径。