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更多的生态系统工程师创造稳定,防止灭绝

像海狸、大象和船虫这样的生物建造者重新设计了它们的环境。这如何影响它们的生态网络是一项新研究的主题。这项研究发现,增加“生态系统工程师”的数量可以稳定整个生态网络,防止物种灭绝。

当我们想到自然界的工程学时,我们往往会想到海狸——这些砍伐树木、修建水坝的啮齿类动物,它们的阴谋可以通过创建湖泊和改变河流的路径来塑造景观。但是海狸远非唯一能重塑环境的生物。一只不经意种下橡树的松鼠也是一个“生态系统工程师”——粗略地说,就是任何对环境的影响超过其自身寿命的生物。根据Justin Yeakel的说法,这些生物中最酷的可能是船虫,它们在溪流中吃岩石,为未来的无脊椎动物居民创造舒适的住所。

Yeakel是加州大学默塞德分校的生态学家,也是前圣达菲学院奥米迪亚研究员,他是一篇新论文的第一作者,该论文模拟了生态系统工程师的长期影响。研究人员长期以来一直在考虑生态系统工程师在自然历史中的作用,但这项研究是第一次在生态网络模型中对他们进行定量评估。

他说:“我们想从机械的角度了解食物网和相互作用的网络是如何建立的。”“要做到这一点,你必须包括工程之类的事情,因为物种会影响它们的环境,而环境与物种之间存在着这种反馈。”

特别地,这个模型使用简单的规则来展示食物网是如何形成的,物种间的相互作用是如何随时间变化的,以及物种何时灭绝。一个惊人的结果是:很少有生态系统工程师导致了许多物种灭绝和不稳定,而很多生态系统工程师导致了稳定和少数物种灭绝。

Yeakel说:“随着工程师数量的增加,也会增加工程师的冗余,这往往会稳定系统。”

那么,如何创建一个生态网络模型呢?它是高度抽象的——没有像海狸那样的特定物种,也没有像河流那样的具体环境特征。一切都简化为相互作用:物种可以吃,需要,或制造。从这个意义上说,大自然变成了一个相互作用的网络。例如,蜜蜂吃花的花蜜;花需要蜜蜂授粉;树给花遮荫,这是花所需要的。

研究人员给了这个模型一些规则,主要的一个是:物种只能吃一种东西来生存,但是他们必须获得所有他们需要的东西。用不那么抽象的术语来说,即使一种花灭绝了,蜜蜂也可以靠其他花的花蜜生存。但是,如果蜜蜂或树木不能为花提供授粉或荫凉,花就会灭绝。

利用这些规则,这些模型能够产生与现实世界相似的生态网络,在物种多样性方面具有典型的沙漏形状——网络的顶部和底部多样性更多,中间的多样性更少。为了将这个模型扩展到未来的研究中,Yeakel计划将进化动力学纳入其中,这样物种就可以改变它们的饮食、需求和制造。

在人类出现的25亿年前,蓝藻是一个行星级的工程师,它通过给大气充氧,慢慢地改变了整个大气的组成。但与我们的光合祖先不同的是,“我们是在生态的时间尺度上而不是进化的时间尺度上进行改变,”Yeakel说。“一个生物如果改变环境的速度太快,就会成为一个宇宙级的工程师,注定要灭绝吗?”

这项研究发表在《自然通讯》上。

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