科研突破｜朱志伟院士团队在《PNAS》期刊发表研究论文揭示全球淡水 外来鱼类入侵的驱动机制

宁波大学土木工程与未来城市学院、水利与海洋工程研究院朱志伟院士团队联合地理科学与遥感技术学院吴乃成教授团队及国内外多家机构专家在PNAS期刊发表研究论文，聚焦全球外来淡水鱼类归化和入侵丰富度的格局与驱动因素。

近日，宁波大学土木工程与未来城市学院、水利与海洋工程研究院朱志伟院士团队联合地理科学与遥感技术学院吴乃成教授团队在国际综合性期刊《美国国家科学院院刊》PNAS上发表了“Functional similarity shapes global patterns of fish naturalization and invasion richness”的研究论文，揭示了全球外来鱼类与土著鱼类间功能距离的纬度梯度格局，同时阐明了外来-土著鱼类间功能距离、流域环境特征、土著鱼类多样性以及人类活动对外来鱼类丰富度的协同影响，为全面理解全球外来鱼类归化与入侵提供了重要信息。本研究第一作者为土木工程与未来城市学院、水利与海洋工程研究院夏治俊博士，通讯作者为地理科学与遥感技术学院吴乃成教授，合作者包括宁波大学朱志伟院士、李加林教授和陈娟娟博士，丹麦奥胡斯大学Erik Jeppesen院士，中国科学院东北地理与农业生态研究所郭坤研究员，中国科学院水生生物研究所苏国欢研究员，芬兰赫尔辛基大学刘国豪博士生，珠江水产研究所余梵冬博士及波兰波兹南密茨凯维奇大学Beata Messyasz教授。

论文DOI：https://doi.org/10.1073/pnas.2610486123

自工业革命以来，不计其数的物种被人类有意或无意地引入自然分布范围之外的区域，并在新区域成功建立稳定的种群（即归化物种）。这些外来归化物种对当地生物多样性、生态系统功能和社会经济构成了严峻威胁和挑战。因此，揭示哪些外来物种更容易成功归化，以及哪些区域能够容纳更多的外来物种，既是入侵生态学亟待回答的核心问题，也直接关系到科学生态防控策略的制定。围绕这一问题，达尔文早在他的《物种起源》一书中提出了两个相反的假说，即分别主张与本地土著物种亲缘关系近或者远的外来物种更容易成功归化，这两个假说被合称为达尔文归化谜团。近年来，生态学家们利用植物、鸟类和鱼类等不同类群的数据，在全球多个区域展开研究，发现达尔文谜团的两个假说并非水火不容，而是可以从不同的研究视角实现和解。但以往的研究大多局限于特定区域，且常使用物种间系统发育关系来替代亲缘关系，却忽略了一个关键前提：亲缘关系近的物种必须拥有相似的功能性状。因此，从全球尺度出发，直接利用功能性状分析方法来调和达尔文归化谜团中的对立假说仍是入侵生态学领域亟待解决的科学难题。此外，研究区域的环境特征、土著群落多样性和人类活动强度同样是影响外来物种归化和丰富度的重要因素。然而，尚未有研究将达尔文归化谜团与这些不同假说整合起来，系统比较研究全球外来鱼类归化和入侵丰富度的驱动机制。

图1 全球外来淡水鱼类归化与入侵丰富度的驱动因素

基于全球河流鱼类数据库，研究团队筛选出包含12,958种土著鱼类和594种外来归化鱼类的1691个流域数据以及对应的鱼类功能性状数据。利用零模型的方法计算了外来鱼类和土著鱼类间功能距离（sesMFD），同时通过建立不同的潜在物种库控制多种研究误差（如归化失败、外来种的数目、物种引入偏好等）。研究结果揭示了全球外来淡水鱼类达尔文归化谜团的纬度梯度格局，即外来归化鱼类与土著鱼类间的功能距离呈现负向的纬度格局（图1A）：在低纬度地区，成功归化的外来鱼类与土著鱼类拥有更不相似的功能性状，但在高纬度地区，成功归化的外来鱼类与土著鱼类拥有更相似的功能性状，符合达尔文谜团中两个对立假说的预测。进一步研究发现，温度及其季节性变化驱动了达尔文归化谜团的纬度格局，即低纬度温暖湿润的稳定气候能够允许和土著鱼类更不相似的外来鱼类成功归化，而高纬度的恶劣气候则会筛选与土著鱼类更相似的外来鱼类。

研究团队还进一步分析了全球外来鱼类丰富度的分布格局与驱动机制（图1B）。结果显示，外来鱼类丰富度与外来-土著鱼类间功能距离呈负相关关系，即对高纬度地区恶劣气候的提前适应促进了外来鱼类物种数目的增长，而低纬度地区外来鱼类物种功能性状的分异则会限制外来鱼类数目的扩增。外来物种丰富度和流域面积以及土著鱼类丰富度呈正相关关系，说明大型流域内较高的环境异质性能够同时允许更多的土著和外来鱼类共存。然而，考虑土著鱼类物种间功能性状的差异时，土著鱼类群落功能多样性对外来鱼类丰富度有着截然相反的影响。最后，流域内高水平的经济活动（GDP）和人类干扰程度（HFI）可能会有意或者无意的增加外来鱼类引种和归化的几率，从而汇聚了更多的外来鱼类。