《Ecology and Evolution》：Integrative Assessment of Hong Kong Chironomidae (Diptera) Shows High Species Richness Linked to Spatial and Environmental Factors
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本研究对香港摇蚊科（Chironomidae）进行了首次整合评估，揭示了其物种丰富度远超既往认知（17种增至243种），并构建了包含827条细胞色素c氧化酶亚基I（COI）条形码的参考数据库。研究表明，群落结构主要由物种更替驱动，受环境因子影响显著，而地理距离影响微弱。跨数据库条形码比对显示香港摇蚊区系主要为热带-亚热带性质，与东亚及东南亚海岸区系（如中国东部、泰国、马来西亚）关联最强。该研究为香港摇蚊建立了可靠的生物多样性基线，将为分类学精进和基于eDNA的生物监测提供关键资源。
引言
内陆水域正面临日益加剧的人为压力，导致淡水生物多样性以前所未有的速度崩溃。摇蚊科（非吸血蠓），作为淡水生态系统中底栖大型无脊椎动物群落的优势类群，在全球范围内仍缺乏充分研究。香港作为中国南部沿海的一个高密度人口特大城市，其淡水系统虽在高强度人类活动影响下，但摇蚊科的研究却十分有限，此前仅有17个物种的记录。本研究旨在通过为期一年的系统性调查，填补这一关键知识空白，更新香港摇蚊科的物种名录，阐明其群落组装机制，并探索其全球分布格局。
材料与方法
研究选取了东涌河、林村河、榕树澳河、梅里后坑河和深水湾河这五条具有广泛地理覆盖的溪流进行采样。在每条溪流内设立了三个纵向采样点，以捕获源头、城市河道、河口和池塘等生境异质性。通过马氏网（Malaise trap）和底栖网（D-net）定期采集摇蚊成虫和幼虫样品。基于形态特征对样品进行初步分型和显微镜鉴定，并至少选取每个形态种的三个个体进行DNA条形码（COI基因）测序，以验证形态鉴定并构建参考数据库。我们测量了水温、溶解氧、pH、电导率等水体理化参数，并利用地理信息系统（GIS）计算了流域特征和土地利用数据。空间结构通过距离莫兰特征向量图（dbMEM）和不对称特征向量图（AEM）进行建模，以分别反映对称的陆地扩散和沿水系的方向性扩散过程。统计分析包括Alpha、Beta和Gamma多样性计算，β多样性分解，主坐标分析（PCoA），距离冗余分析（dbRDA）和方差分解分析，以量化环境和空间因子对群落组成的相对解释力。此外，通过将新生成的条形码与BOLD（Barcode of Life Data System）公共数据库进行比对，以分析香港摇蚊的全球生物地理联系。
结果
3.1 物种丰富度与DNA条形码库概述
整合分类学分析共鉴定了243个物种，隶属于65属4亚科，将香港已知摇蚊物种从17种大幅扩展至243种。在鉴定的1725个标本中，827个产生了高质量DNA条形码，代表了225个物种。其中，240个物种、56个属和1个亚科（Podonominae）为香港新记录。通过DNA条形码结合形态学检查，成功关联了39个蛹和36个幼虫形态种至对应的成虫。在物种丰富度方面，摇蚊亚科（Chironominae）和直突摇蚊亚科（Orthocladiinae）占主导地位。基于遗传距离的物种界定方法产生了261个条形码索引号（BIN）和233个操作分类单元（OTU），略高于整合方法确定的物种数。
3.2 Alpha和Gamma多样性
在流域尺度上，累积物种丰富度（Gamma多样性）与流域面积呈显著正相关（R=0.9），但与基于土地利用计算的人类活动强度指数无关。东涌河的物种丰富度最高（115种），而深水湾河最低（70种）。河口站点的物种丰富度极低，两个河口站点分别仅记录了7种和20种。城市化的水泥河道站点（林村河中游）记录了37种物种，约为其上游自然河段物种多样性的一半。偏曼特尔检验显示，物种丰富度随盐度升高而显著下降。
3.3 Beta多样性、db-RDA模型与方差分解
相似性分析（ANOSIM）显示，同一条溪流内的摇蚊群落相似性高于不同溪流之间。主坐标分析（PCoA）显示，两个河口站点在排序图上与其他淡水站点明显分离。群落差异（β多样性）与环境距离显著正相关，而与地理距离无关；驱动这种差异的主要是物种更替，而非物种嵌套。物种更替与环境梯度显著正相关，与空间距离无关。通过前向选择确定了盐度和pH为关键环境预测因子（解释12.5%的变异），以及MEM1、AEM5和AEM6为关键空间预测因子（解释10.7%的变异）。在联合db-RDA模型中，这五个变量共同解释了群落变异的15.7%。方差分解（Hierarchical Partitioning）显示，环境因子（9.0%）对群落变异的解释力略高于空间因子（6.7%），其中盐度是最强的单一预测因子（5.7%）。
3.4 本地区系与公共数据库的对比
在546条本地条形码中，有358条（65.6%）在BOLD数据库中匹配到相似度≥97%的公共序列，代表了130个具有地理参考记录的物种。这些匹配记录主要集中于东亚和东南亚地区，零星分布于非洲、大洋洲、欧洲及美洲等地。即便是物种层面，许多常见摇蚊也表现出广泛的地理分布，其平均纬度、经度和海拔范围分别达到32.4°、57.2°和409.3米。在气候带归属上，超过一半的匹配物种局限于热带或亚热带；其余物种则表现出更广的分布范围。绝大多数匹配记录来自热带（44.6%）和亚热带（42.6%）地区，仅12.8%来自温带地区。在生物地理区系上，大多数记录来自东洋界（90种）和中日界（85种）。香港的摇蚊区系与东亚及东南亚的区系最为相似。将条形码相似度阈值提高至100%后，匹配到的标本和物种数量减少，但核心分布格局不变。
讨论
4.1 摇蚊多样性：被忽视的大多数
香港五条溪流记录的摇蚊物种丰富度（243种）与经过数十年广泛调查的蝴蝶（272种）相当，约为蜻蜓的1.8倍，突显了关注非“明星”物种对理解生物多样性的重要性。城市水泥河道站点记录的较高物种丰富度，部分反映了当地生态修复努力的成效，例如天然基质的重新引入为水生生物创造了微生境。本研究建立的物种级DNA条形码库，有助于填补公共参考数据库在分类和地理覆盖上的空白，提升未来环境DNA（eDNA）评估在香港及周边区域的可靠性。
4.2 生物多样性空间格局的组装机制
摇蚊物种的分布同时受环境和空间因子影响，这与河流大型无脊椎动物群落的普遍观察一致。尽管人类活动常被报道影响生物多样性，但本研究未观察到其显著影响，可能因为采样点多位于生态价值较高的溪流，人为干扰相对较低。环境因子，特别是盐度和pH，是驱动群落结构的最强因子。扩散限制的影响很小，可能被占主导地位的环境过滤效应所掩盖。在同一条溪流内群落相似性高于不同溪流之间，表明“质量效应”（Mass Effects）可能在群落组装中扮演重要角色。空间建模中，AEM（反映沿水系扩散）比dbMEM（反映陆地对称扩散）具有更高的解释力，表明水生扩散途径可能更为重要，尽管陆地扩散的证据（如在河口发现淡水物种成虫，在上游发现海洋物种）也同样存在。
4.3 扩散与生态耐受性在塑造摇蚊生物地理格局中的相互作用
条形码比对显示，许多香港记录的摇蚊物种具有极其广泛的地理和气候分布。这看似与摇蚊被认为是弱扩散者的传统认知相悖，但可能被低估了。研究表明，成虫可通过高空风力被动长距离扩散，季风可能促进了基因流在集合种群内的传播。此外，鸟类迁徙和人类活动介导的扩散也可能有贡献。然而，成功的种群建立还需与当地气候条件相容。温度是关键驱动因子，但许多物种能在次优温度下完成发育。相比温度，降水似乎对摇蚊分布施加了更强的限制，广阔的干旱带可能构成了地理隔离屏障。这些分布模式挑战了基于陆生脊椎动物的传统动物地理分区框架。香港摇蚊区系的分布更符合淡水生物区系的划分，而非陆生生物的区划，强调了基于脊椎动物模式的保护策略不足以保护水生生物多样性。
4.4 局限性与未来展望
本研究主要关注淡水溪流，未来需要对香港的其他生境（如湿地、水库、海岸带等）进行调查，以全面评估其摇蚊多样性。模型解释率较低（<16%）可能受限于采样点的空间覆盖、缺少关键生物因子（如鱼类生物量）和生态过程信息，以及仅使用物种有无数据而忽略了多度信息等。此外，跨数据库比对依赖于公共条形码数据，其本身存在地理和分类覆盖偏差，分子操作分类单元（MOTU）也不等同于生物学物种概念。尽管如此，本研究仍凸显了条形码数据在生态和生物地理研究中的巨大潜力。未来研究应通过国际合作，优先构建更全面的参考数据库，特别是针对非洲、南美洲等采样不足的地区，并在提交数据时附上详细的地理和生态元数据。
结论
本研究通过整合形态学和分子方法，首次对香港摇蚊科多样性进行了全面评估。所构建的综合性条形码库为分类学研究和基于宏条形码的生态应用提供了宝贵基础。环境过滤和质量效应在香港摇蚊群落构建中起着重要作用，而扩散限制的影响有限。摇蚊的高多样性及其沿细微环境梯度的显著物种更替，突显了其作为城市生态系统生物指示剂的潜力。跨数据库条形码比对分析揭示，部分摇蚊物种具有广泛的地理分布，这可能是风力介导的被动扩散和广泛的生态耐受性共同促成的。通过整合分类、生态和生物地理分析，本研究为理解区域多样性格局及其与周边区域的连通性提供了一个有效框架。
