城市野生之旅?探索洛杉矶的邻里生物多样性:与400多种虫子做“邻居”
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近日,“海洋与湿地”(OceanWetlands)小编注意到,美国南加州大学的生物学助理教授劳拉·梅丽莎·古兹曼及其团队,联合洛杉矶自然历史博物馆的布赖恩·V·布朗和加州州立大学的研究人员,共同完成了一项关于洛杉矶城市节肢动物多样性的重要研究。这项研究利用了洛杉矶自然历史博物馆的BioSCAN项目的数据,该项目在2014年~2018年期间通过在志愿者的财产上安装虫子捕捉器,收集了大量的节肢动物的数据。
我们知道,传统上,生物多样性研究主要集中在自然保护区和原生态环境中进行,城市生态系统的研究相对较少。然而,城市环境同样承载了大量物种,并且由于人类活动的特殊性,城市生态系统呈现出独特的物种组成和生态过程。因此,了解和保护城市中的生物多样性至关重要,这对于城市规划、生态恢复和可持续发展具有重要意义。
而古兹曼领导的这项研究的结果,揭示了一些颇为有意思的的发现。
他们发现:与传统观念相反,城市化并未对洛杉矶虫子的多样性造成负面影响;相反,城市环境中靠近山脉、年温度稳定的地区,反而成为虫子多样性的重要预测因素。
这一发现不仅挑战了“豪华假设”—— 即富裕地区因拥有更多树木而拥有更高生物多样性的假设,在鸟类和哺乳动物中通常成立,而且为城市生态学提供了新的视角和理解。
洛杉矶作为全球知名的大城市,其独特的地理和气候条件塑造了虫子群落的复杂性和丰富性。从南部沿海到北部山脉地带,城市中的虫子生态系统呈现出多样化和复杂性,超过400个不同的虫子物种被发现,这些物种在道路和城市化的环境中依然能够生存和繁衍。
这项研究的关键发现包括:节肢动物中的蚤蝇科(Phoridae)显示,温度昼夜变化对其占据率有显著负面影响,这一效应在统计上是显著的;在高度城市化区域,人为驱动因素对虫子群落的影响复杂而不明显,有些物种群落表现出更高的多样性,而其他物种则受到抑制;仅有Phoridae科虫子的分布明显受到土地价值影响,其他大多数物种更倾向于分布在土地价值较低的区域。
研究中,尤为引人注目的是一些入侵性节肢动物,它们利用城市环境的机会,成功扩展、并逐渐替代了原有的物种。例如,洛杉矶本地的西部黑寡妇蜘蛛(Latrodectus hesperus)就受到了影响,它们在约20年前开始被几何寇蛛(Latrodectus geometricus)所替代,而最近的研究显示,这些外来物种现在又开始被假寡妇蜘蛛(Steatoda nobilis)取代。这种物种置换现象,不仅反映了城市环境下生物多样性动态变化的复杂性,也对生态系统的稳定性提出了新的挑战。
为什么节肢动物的生物多样性如此重要呢?因为节肢动物作为生态系统中重要的组成部分,扮演着关键的角色。它们不仅提供授粉服务,保障作物的生长和繁殖,还参与有机物分解和害虫控制,维持了生态系统的平衡。在城市环境中,这些生态服务同样至关重要,因为虫子为城市中的植物生长、野生动物饮食链和环境健康贡献了重要力量。如果没有虫子,城市将无法有花朵、水果或蔬菜,更不用说维持生态系统的平衡和人类的生存了!
但,城市化带来的高度人类活动对虫子多样性产生了深远的影响。研究显示,高度城市化的地区常常面临虫子多样性降低的问题,这可能导致害虫如吸汁性蚜虫等大量繁殖,因为缺乏甲虫和蜘蛛等天敌控制它们的数量。这不仅威胁到城市绿地的健康,也影响到城市居民的生活质量和环境健康。
目前,尽管研究人员已经了解了在洛杉矶影响虫子多样性的主要因素,但还是未能完全了解这些多样性如何“转化”为健康的城市生态系统。科学家们知道,增加物种数量可以促进城市生态系统的健康,但并非所有物种对此都能做出同等贡献。例如,推广植物对虫子有益,但,不一定对所有虫子物种都有效。
洛杉矶城市节肢动物多样性研究为我们提供了一个全新的视角,揭示了城市生态系统中生物多样性的复杂性、重要性。未来的研究,将继续探索这些问题。作为BioSCAN项目的一部分,志愿者将继续允许在其财产上安装生物声学监视器,以便未来的研究可以包括对蝙蝠等其他生态系统关键物种的研究。此外,南加州大学的研究人员还将继续研究相同的数据集,以进一步了解城市中节肢动物群落的季节变化,特别是在气候变暖的情况下,这些知识对预测未来虫子种群的变化将起到重要作用。
Lewthwaite, J.M.M., Baiotto, T.M., Brown, B.V. et al. Drivers of arthropod biodiversity in an urban ecosystem. Sci Rep 14, 390 (2024).
https://doi.org/10.1038/s41598-023-50675-3
β多样性
β多样性(beta diversity)是生物多样性研究中的一个重要概念,用于描述在空间上不同栖息地或生态系统之间物种组成的变化程度或差异性。简单来说,β多样性指的是在一个区域内不同生境或样点之间的物种组成差异。
具体来说,β多样性衡量了在同一区域内,不同样点(或不同生境)之间物种组成的变化或替代程度。它反映了物种在不同环境条件下适应的能力,以及物种对环境异质性的响应。β多样性的高低可以反映出生物群落的结构和稳定性,以及环境变化对物种分布和群落组成的影响程度。β多样性常常与α多样性(即在特定生境内的物种多样性)和γ多样性(即整个区域的物种多样性)相对比。通过对这三个多样性水平的理解,可以更全面地评估生物多样性在不同空间尺度上的分布格局和生态系统功能的稳定性。
02多物种占据建模
多物种占据建模(multi-species occupancy modeling)是一种统计方法,用于估计多个物种在空间上的分布和出现概率,同时考虑到观测中的不完全性和误检测的影响。这种方法在评估生态系统健康状况、进行保护规划以及监测生物多样性变化方面具有广泛的应用,特别是在面对复杂的生态系统和多样性物种群时,提供了一种强大的工具。
在生态学和保护生物学领域,研究者经常面临一个挑战:由于生物多样性调查的成本高昂或技术限制,很难对所有物种进行全面的检测。多物种占据建模的出现解决了这个问题,它允许研究者使用物种的存在/缺失数据来估计每个物种在不同场所或时间点的占据状态(occupancy state)。这种方法不仅可以估计物种的分布范围,还可以估计物种对环境变量的响应,例如栖息地类型或人类干扰程度。多物种占据建模的核心思想,是通过联合建模多个物种的占据状态、观测错误,来提高对物种分布和生态特征的精确估计。它通常使用层次贝叶斯模型或最大似然方法进行参数估计,以考虑物种之间的相互作用和检测概率的不确定性。
思考题 | 举一反三
Q1.城市化对洛杉矶虫子群体有什么具体影响?尤其是温度变化对它们的适应有何影响?这可能会对城市生态长期造成什么影响? Q2. 为什么在城市里,有些虫子种类变得更多样化,而其他种类却减少了?这是否反映了城市环境对虫子生活的影响有多复杂? Q3. 在洛杉矶,为什么土地价值会影响节肢动物的分布?这对我们理解城市生态系统中的生物多样性和公平性有何重要启示? |
THE END
海湿
本文仅代表资讯,不代表平台观点。供参考。
编译 | 王芊佳
编辑 | Linda
排版 | 绿叶
【参考资料】
https://www.nature.com/articles/s41598-023-50675-3
https://theconversation.com/bugs-thrive-in-urban-los-angeles-volunteers-traps-reveal-biodiversity-hot-spots-for-city-insects-and-spiders-225617
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