环境如何塑造生物多样性?这是对生态系统的科学理解和可持续性的实际行动的核心问题。先前的研究表明，异质环境促进了多样性。例如，土壤成分的变化可以使不同的植物物种茁壮成长，而这些物种反过来又支持不同群体的昆虫、鸟类等。然而，当环境是由生物自身塑造时，情况就不那么清楚了，在生物多样性和环境异质性之间形成了一个反馈回路(图1A)。这种反馈对于植物、珊瑚和细菌生物膜等无根群落尤其重要。

图1所示。生物之间相互作用，也与环境相互作用，形成了一个复杂的反馈循环。(B)在模型中，种群拥有不重叠的领土，当它们争夺资源时，这些领土可以增长(n2)或缩小(n3)。

为了明确生物多样性与空间环境反馈之间的关系，我们建立了一个简单的领土种群之间资源和空间竞争的数学模型。我们通过它的营养策略来定义一个物种，它描述了它喜欢的资源(例如，不同的细菌物种可能优先消耗不同的糖，如葡萄糖和蔗糖)。然后，我们写出了物种领地如何随时间增长或缩小的方程(图1B)，并研究了多样性如何依赖于整体群落和外部环境。

图2所示。环境反馈导致引爆点，在那里，参数的微小变化可能导致系统跳到不同的终点。(A)物种1的种群(n1)的跳跃取决于物种2的策略。不同的初始种群导致不同的物种占主导地位。

尽管这个模型很简单，但它展示了丰富的行为，让人想起真实的生态系统。最引人注目的是，这些群落的多样性低于完全没有任何空间结构的等效生态系统(例如，一个混合良好的池塘)。这种违反直觉的结果是由于一些物种有能力塑造环境以使其受益，从而导致其他物种灭绝。然而，剩余的多样性对内在适应度的现实差异是稳健的。环境反馈也创造了生态“临界点”，初始种群的微小差异导致最终生态系统的巨大差异(图2)。总体而言，这项研究展示了生物多样性由生物和环境之间的反馈形成的几种新方式。它建立了可测量参数(营养策略、营养扩散、系统大小)之间的定量关系，我们希望它为野外生态学家了解自然系统中的生物多样性提供更多的工具。

本杰明·G·韦纳
美国洛克菲勒大学

出版

领土种群的空间生态学
Benjamin G Weiner, Anna Posfai, Ned S winggreen
美国国家科学与学术杂志2019年9月3日

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