《Biotropica》：Pests for Dinner: Dietary Composition of Insectivorous Bats in a Fragmented Tropical Dry Forest
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这篇研究（Pests for Dinner）利用DNA元条形码（DNA metabarcoding）技术，首次在墨西哥莫雷洛斯州的碎片化热带干燥林中，系统分析了五种食虫蝙蝠（Balantiopteryx, Myotis, Mormoops, Pteronotus）的饮食。研究揭示了其广泛的食谱涵盖21个节肢动物目，并明确鉴定出多种重要农业害虫（如Spodoptera frugiperda）和疾病媒介（如Culex tarsalis），凸显了热带食虫蝙蝠在抑制害虫种群、调控疾病传播媒介方面潜在的关键生态系统服务功能。保护这些蝙蝠对维持农业生态系统的健康和生物防治至关重要。
1 引言
食虫蝙蝠是众多节肢动物的贪婪捕食者，在调节其种群方面扮演着关键角色。它们的高代谢需求——由飞行、体温调节和繁殖等耗能活动驱动——需要大量的夜间食物摄入。一些物种每晚消耗的猎物量可达其体重的80%至95%，是多种生态系统中主要的节肢动物消费者。随着人为景观改造在全球范围内改变自然栖息地，蝙蝠表现出多样化的响应。尽管有些物种在片段化环境下数量下降，但另一些却能利用人类改造环境中的资源。它们在类似景观中繁衍的能力，突显了其在提供生态系统服务方面的作用，特别是在抑制农业害虫、森林害虫和疾病媒介方面。例如，已有研究表明蝙蝠可捕食超过160种害虫和媒介物种，并在墨西哥农业生态系统中将水稻螟虫危害降低了近60%。
美洲的热带干燥林与其他许多生态系统一样，受到农业、采矿和放牧等人为活动的显著影响。景观片段化减少了原生植被覆盖，促进了城市和农业扩张，这些过程常常导致生物同质化——即有限的物种子集（如害虫或媒介）占据主导并取代先前多样化的群落。在片段化栖息地中，食虫蝙蝠通常根据资源可用性选择觅食区域，导致其饮食强烈地受到栖息地特征的影响，而与其觅食策略、形态差异或活动高峰无关。鉴于食虫蝙蝠的饮食可塑性，以及害虫和媒介物种的生命周期通常与雨季作物寄主和水的可用性相关，我们假设此类节肢动物在群落同质化的片段化景观中，将在食虫蝙蝠的饮食中高度丰富。因此，在此背景下调查蝙蝠饮食对于理解群落层面的资源利用和评估这些物种提供的生态服务至关重要。
历史上，热带食虫蝙蝠的饮食研究依赖于粪便或胃容物中节肢动物残骸的形态学分析。然而，这种方法范围有限，仅允许在分类学目水平进行鉴定，并引入了对硬体猎物（如鞘翅目Coleoptera）的偏好。近年来，下一代测序技术，如DNA元条形码，为理解热带食虫蝙蝠的饮食提供了更详细的视角。然而，尽管分子技术已在世界多个地区广泛应用，但通过DNA元条形码方法研究墨西哥蝙蝠饮食的工作仍然非常稀少。
在本研究中，我们使用DNA元条形码技术，描述了墨西哥莫雷洛斯州一片片段化热带干燥林中，来自Balantiopteryx、Myotis、Mormoops和Pteronotus四个属的五种新热带区食虫蝙蝠物种的饮食构成。具体而言，我们旨在确定物种间在猎物消耗上的差异，评估饮食重叠，并识别这些蝙蝠消耗的关键害虫和媒介类群。我们的发现增强了对人类改造的热带生态系统中蝙蝠营养生态学的理解，并强调了它们在维持生态系统功能和自然害虫控制方面的关键作用。
2 方法
2.1 研究区域
我们的研究在位于墨西哥莫雷洛斯州中部的Sierra Monte Negro国家保护区（CEAMA 2010; SDSM 2023）内最后残存的热带干燥林片段之一进行。在一片与农田和人类住区相邻的原生植被景观中，我们确定了三个作为多种食虫蝙蝠物种栖息地的洞穴：El Salitre Tlaltizapán, El Salitre Ticumán, 和 El Tecolote。为保护洞穴，不提供精确坐标。
2.2 样本采集
在2022年6月至9月的雨季，我们收集了五种食虫蝙蝠的粪便样本：Balantiopteryx plicata、Mormoops megalophylla、Myotis velifer、Pteronotus mexicanus和Pteronotus fulvus。我们在两个栖息地（El Salitre Tlaltizapán 和 El Tecolote）的蝙蝠集群下方放置了非侵入性无菌收集盘，分别用于收集M. velifer和B. plicata的粪便样本。El Tecolote是B. plicata的单一物种栖息地，而在El Salitre，M. velifer的个体局限于单个洞穴室。收集盘于17:00放置，24小时后回收，每月三次。回收后，我们将粪便样本转移到预先标记的无菌Eppendorf管中，并在-20°C下储存。我们使用组合的双重和三层高雾网设置在森林走廊附近捕捉蝙蝠，捕捉时间从23:00至5:00，以最大化捕获概率。此过程与在其他洞穴放置收集盘的夜晚重合，总共进行了12个采样夜。蝙蝠被放置在单独的干净棉袋中30-60分钟以允许排便。我们根据Medellín等人（2008）和Diaz等人（2021）将个体鉴定到物种水平，记录性别、繁殖状况、前臂长度和体重，并在捕获点释放。我们使用无菌镊子从袋中收集粪便样本，放入无菌的1.5 mL预先标记的Eppendorf管中，并在-20°C下储存。
2.3 伦理声明
野外研究遵循建议的策略，以降低SARS-CoV-2从人类传播给蝙蝠的风险。所有捕捉和处理技术均在墨西哥Dirección General de Vida Silvestre签发的科学采集许可证（编号SGPA/DGVS/08072/21）下进行，并符合美国哺乳动物学会发布的指南。
2.4 DNA提取、文库制备和测序
我们将样本随机分组为池，每个池最多200毫克，包含来自同一物种和同一样本采集夜的1-5个个体粪便颗粒。我们使用QIAamp PowerFecal Pro DNA Kit按照制造商方案提取池中的DNA，并进行微小修改。我们使用NanoDrop? 2000 UV-Vis分光光度计评估DNA提取物的质量和浓度，用于后续实验室程序。我们将DNA提取物储存在-20°C直至扩增。我们根据DNA的质量和浓度选择了60个DNA提取物来代表所有物种；这些DNA提取物被送往墨西哥国立自治大学生物技术研究所进行测序。
使用ANML引物对（LCO1490和CO1-CFMRa）扩增细胞色素c氧化酶亚基I（COI）的一个片段，遵循Jusino等人（2019）的方法。这些引物优先结合节肢动物COI序列，最小化脊椎动物捕食者DNA的扩增。引物合成时带有Illumina 5‘ 端悬垂接头，并使用高保真聚合酶进行PCR扩增。扩增子为文库构建做准备，并在IBT-UNAM的Illumina MISEQ平台（2 * 300 bp双端测序）上测序。
2.5 生物信息学分析
我们收到FASTQ格式的原始读数，并使用AMPtk管道进行处理。修剪低质量碱基和引物，合并双端读数，并进行质量过滤。序列去重复并以97%的同一性阈值聚类为OTU。我们使用后聚类修正来识别和纠正错误，并基于与Barcode of Life Database v4的参考比较进行物种分类分配。
2.6 统计分析
我们在R 4.1.1中进行所有分析和可视化。我们使用带有分类学归属的OTU，按蝙蝠物种分析饮食构成和物种间重叠。我们首先识别并过滤掉稀有类群（定义为在所有样本中读数少于10的类群）和读数少于500的样本。我们使用Metacoder包构建热图树来检查饮食构成，该图显示在样本中识别出的分类群及其谱系。具体来说，我们为每个蝙蝠物种开发了一个单一的热图树，代表该物种消耗的所有节肢动物科和属。然后，我们使用节肢动物摄食行为以及科学和技术文献，将节肢动物属分类为以下组别：害虫、媒介和其他。我们使用VEGAN包，通过相似性分析（ANOSIM）和置换多元方差分析（PERMANOVA）检验（使用999次置换）来测试蝙蝠物种间猎物构成的变化。由于PERMANOVA有时会受到不平衡采样方案下离散度非均匀性的影响，我们还进行了置换离散度检验。最后，我们使用pairwise Adonis包进行事后成对多水平比较，并使用Bonferroni校正。
3 结果
我们从2022年6月至9月捕获了五种食虫蝙蝠的330个个体。我们通过捕获和非侵入性收集获得了粪便样本池，经过生物信息学处理和质量过滤后，共分析了51个样本。我们鉴定出21个目、111个科、222个属和180个物种。在分析的粪便样本中，最常被食用的昆虫目是鳞翅目（n=430个OTU）、双翅目（n=172个OTU）和鞘翅目（n=93个OTU）。鳞翅目在四个物种的饮食中占主导，而B. plicata主要消耗双翅目。
饮食构成在分析的五个食虫蝙蝠物种之间存在显著差异。我们还检测到物种间饮食构成离散度的显著差异，表明跨类群的饮食异质性存在变异。成对比较显示，这些差异主要存在于B. plicata与另外两个物种之间：M. megalophylla和P. mexicanus。
蝙蝠消耗了六个目的害虫，其中鳞翅目最多（15个属），其次是双翅目和鞘翅目。我们鉴定出几种已确认具有经济重要性的猎物物种——例如Spodoptera frugiperda、S. albula、Mythimna sequax和Hypsipyla grandella——它们是玉米、水稻等关键区域作物以及贵重木材树的重要害虫。我们还检测到包含已知害虫的属（例如Cydia和Phyllophaga）；尽管并非这些属中的所有物种都是有害的，但它们在饮食中的出现表明蝙蝠可能在消耗潜在的害虫。除了害虫，我们还检测到两种已确认的媒介物种——Aedes vexans和Culex tarsalis——以及五个包含几种公认媒介物种的属（Aedes、Anopheles、Culex、Culicoides和Psorophora）。虽然并非这些属中的所有物种都充当媒介，但它们在蝙蝠饮食中的出现以及两种媒介物种的存在，表明了蝙蝠在媒介种群控制中的潜在作用。值得注意的是，Culex在五个蝙蝠物种中的四个的饮食中被发现，而Aedes和Anopheles主要在较小的蝙蝠B. plicata和P. fulvus的饮食中被检测到。
4 讨论
我们的研究揭示了五种食虫蝙蝠物种的多样化饮食。饮食构成仅在B. plicata与M. megalophylla之间以及B. plicata与P. mexicanus之间存在显著差异。这些结果表明，无论觅食策略如何，同域物种之间存在相当大的功能群重叠和低营养隔离，这与先前的研究一致。虽然其他研究报告了食虫蝙蝠之间的生态位分配以最小化竞争，但我们在片段化景观中的发现支持这样的观点：食虫蝙蝠饮食中的功能群重叠可能是情境依赖的，而物种特定的特征，如觅食时间和空间利用，在塑造生态位分化方面可能比单纯的觅食策略或形态更具影响力。饮食趋同很可能源于共享的栖息地利用，而分化则与物种特定的行为和生态特征更密切相关。值得注意的是，所有五种蝙蝠物种都食用了包含人类和动物疾病害虫和媒介的猎物，强调了它们作为热带干燥林片段中生态系统服务提供者的潜在重要性。
B. plicata是唯一一个饮食与其他物种有显著差异的物种，这可能反映了觅食策略、活动模式和形态的差异。与主要在植被边缘或杂乱栖息地内觅食的M. megalophylla和P. mexicanus不同，B. plicata专门在开阔空间觅食。此外，其觅食活动高峰发生在日落之前，而其他四个物种主要在日落后觅食，这种时间隔离可能促成了饮食分化。此外，鉴于其相对于M. megalophylla和P. mexicanus明显较小的体型，B. plicata可能优先捕食较小的猎物。早期的研究将其饮食描述为以膜翅目、鞘翅目和半翅目为主，而我们的结果显示其饮食主要由鳞翅目、双翅目和鞘翅目组成，表明其饮食宽度和可塑性更大。这种差异可能反映了该物种对片段化和受干扰环境的适应性。事实上，B. plicata通常在城市化地区或其附近栖息，并且在莫雷洛斯的片段化栖息地中表现出比受保护栖息地更高的觅食活动。尽管需要进一步研究来理解这种饮食变化，但本研究首次提供了B. plicata在墨西哥捕食农业害虫和媒介的证据。
我们提供的详细饮食描述为了解物种特异性对害虫抑制的贡献提供了宝贵的见解。M. megalophylla、M. velifer以及两种Pteronotus物种的饮食在很大程度上重叠。对于M. megalophylla，我们的发现证实了先前报告的鳞翅目和双翅目占主导地位，并且我们检测到13个鳞翅目属——其中许多是已知的害虫。重要的是，这种蝙蝠物种食用了S. frugiperda、S. albula和Mythimna sequax，这些都是具有重大经济重要性的害虫物种。该物种对植被边缘的偏好很可能解释了其在受干扰区域的活动，这与我们在农业栖息地相关的害虫物种检测结果一致。值得注意的是，在所有M. megalophylla样本中，都检测到了S. frugiperda或S. albula或两者。鉴于其在墨西哥的大规模群体规模，该物种可能在景观尺度上调节昆虫种群方面扮演重要角色。
同样，M. velifer的饮食以鳞翅目和双翅目为主。在其饮食中发现的十四个属包含了害虫物种，涵盖了具有经济重要性的物种，如S. frugiperda和Z. indianus。此外，我们在该物种的饮食中鉴定出了Culex tarsalis，一种众所周知的疾病媒介。尽管其具有开阔空间和拖网觅食行为，且活动高峰在夜间早期，但M. velifer的饮食与其他物种在很大程度上重叠。这表明，在片段化栖息地中，不同的觅食策略不一定转化为不同的饮食。鉴于其群居行为，M. velifer可能在干燥森林生态系统中的害虫抑制方面发挥重要作用。
人们对P. fulvus和P. mexicanus的饮食知之甚少。P. fulvus是一种小型食虫物种，通常沿植被边缘、河岸走廊和林间小径觅食，偶尔会进入开阔区域。相比之下，较大的P. mexicanus则在植被边缘和杂乱栖息地内觅食，在日落后不久出现并整夜活动。尽管存在这些生态和形态差异，我们的分析显示P. fulvus和P. mexicanus之间的饮食构成没有显著差异，这两个物种与M. megalophylla或M. velifer之间也没有显著差异。两种Pteronotus物种主要消耗鳞翅目和双翅目，表明饮食高度重叠。这些发现挑战了先前的观点，即营养隔离可最小化同域食虫蝙蝠之间的竞争。我们的研究是首次使用DNA元条形码描述P. fulvus和P. mexicanus在热带干燥林中的饮食，突出了显著的饮食灵活性，并表明在片段化景观中，猎物的可用性而非严格的生态位分配，可能构建了其摄食模式。
我们的属和物种级分类学分辨率揭示了所有研究的蝙蝠物种持续消耗害虫和媒介。值得注意的是，S. frugiperda（一种影响多种作物——特别是玉米的广泛多食性害虫）在两种Pteronotus物种以及其他三种蝙蝠物种的饮食中被检测到。属Acrolophus也常在Pteronotus的饮食中被检测到；尽管并非该属中的所有物种都是害虫，但其中几种被认为是具有经济重要性的，这表明了其潜在的经济服务功能。此外，我们在P. fulvus的饮食中检测到了已知的虫媒病毒媒介A. vexans，在两种Pteronotus物种的饮食中检测到了C. tarsalis，这表明蝙蝠与具有流行病学相关性的节肢动物存在相互作用。与Orozco-Lugo等人一致，P. fulvus和P. mexicanus都在农业、片段化和受保护的栖息地中觅食，反映了高度的生态适应性。结合其群居的栖息行为，这些特征强调了Pteronotus物种在人类改造的景观中作为节肢动物调节者的潜在生态重要性，在这些景观中，资源分配可能不如先前假设的那样明显。
这项研究提供了莫雷洛斯州蝙蝠群落捕食害虫的首个DNA元条形码证据，该地区以集约化农业为主。在物种水平上，我们鉴定了几种具有经济重要性的害虫，最显著的是S. frugiperda（在所有五种蝙蝠的饮食中均被检测到）、H. grandella（除P. fulvus外所有物种的饮食中均被检测到）、S. albula、M. sequax和C. vestigialis（在M. megalophylla饮食中），以及Z. indianus（在B. plicata和M. velifer饮食中）。此外，几个包含害虫物种的属被频繁检测到；然而，并非这些属中的所有物种都是害虫。它们的存在仍然表明食虫蝙蝠可能有助于害虫抑制，尽管需要进一步的工作来量化这种生态系统服务的规模。
除了高度栖息地片段化外，莫雷洛斯州由于虫媒病毒（如登革热和寨卡病毒）的流行而具有流行病学意义。蚊子在受干扰的景观中通常大量繁殖，是这些疾病的关键媒介。我们的结果显示，所研究的五种蝙蝠物种中有四种消耗了多种蚊子媒介，包括Aedes、Culex和Psorophora——这些是该地区登革热和寨卡病毒的关键媒介。在鉴定出的蚊子物种中，C. tarsalis在所有上述四种蝙蝠物种的饮食中被检测到，而A. vexans仅在B. plicata和P. fulvus的饮食中被检测到。这些蚊子物种的检测具有重要意义，因为它们作为登革热、寨卡病毒和其他虫媒病毒的媒介具有流行病学重要性。有趣的是，B. plicata和P. fulvus（所分析的最小物种）在其饮食中显示出最高的媒介类群多样性，这可能反映了有利于捕捉较小猎物（如蚊子）的形态限制。这些发现强调了食虫蝙蝠在人类改造的景观中作为节肢动物媒介自然调节者的潜力。
这项研究提供了首次基于DNA元条形码的B. plicata、M. megalophylla、M. velifer、P. mexicanus和P. fulvus在片段化热带干燥林中饮食的描述。尽管这种方法与传统形态学方法相比大大提高了饮食分辨率，但参考条形码数据库中持续存在的分类学和地理偏差——特别是热带节肢动物代表性不足——可能限制了一些猎物的物种水平归属。尽管存在这些限制，我们的结果为了解人类改造景观中蝙蝠-猎物相互作用建立了一个关键基线，并突出了食虫蝙蝠作为害虫和媒介潜在调节者的作用。在蝙蝠饮食中检测到作物害虫和病原体传播节肢动物，强调了食虫蝙蝠在片段化农业生态系统中可能提供的生态系统服务。在栖息地丧失和农业集约化的持续背景下，扩大热带地区的条形码覆盖范围，并将蝙蝠保护纳入景观和农业生态系统管理，将是至关重要的。
