“剪刀-石頭-布”背后的非傳遞性競爭與生態學作用機理
發布時間：2022-04-19
近日，廣東省科學院動物研究所動物生態與進化中心的科研人員在《科學通報》發表綜述論文，闡釋了種間間接作用在促進多物種共存中的作用機理。
種間相互作用是維持生物多樣性的重要驅動因子。自上世紀30年代以來，以競爭、互利、捕食和寄生等為代表的種間直接作用極大推動了物種共存理論的發展(圖1a)。但上述種間兩兩直接作用只是解釋群落構建機制的一個簡化方法，長久以來受還原論思維的影響，導致物種之間的間接相互作用常被忽略，且這種間接作用面臨在個體水平如何量化的難題。此外，兩兩直接作用也無法解釋眾多近緣種的互利共生現象。
圖1 直接競爭與間接互惠的代表性示意圖
間接相互作用是指主物種通過中間介導物種對第三個目標物種產生影響，主物種和目標物種之間的能量和物質主要通過中間物種進行傳遞。達爾文等人在19世紀就已經認識到間接相互作用的重要性，他在《物種起源》中詳細闡述了家貓捕獲野鼠的行為有利于土蜂生存，進而幫助了紅車軸草傳粉的現象?！胺莻鬟f性競爭”是以競爭促進共存的間接相互作用，其表現在同一營養級的三個物種及以上形成類似于“剪刀-石頭-布”的相互制衡與共存的競爭模式(圖1b)。這種競爭普遍存在于自然之中，是促進物種共存的重要因子，影響著物種分布格局、群落結構特征和生態系統功能。
如側斑蜥蜴是動物非傳遞性競爭的經典例子，該物種雄性具有不同的表型，其雄性生殖策略是根據不同喉嚨顏色演化出三種不同的行為，并且這三種行為策略都是可遺傳的。通過觀測發現，橙喉蜥蜴(表型A)兇猛好斗明顯壓制藍喉蜥蜴(表型B)并搶奪其配偶，卻又無法防備黃喉蜥蜴(表型C)入侵領地“偷情”。藍喉蜥蜴盡管攻擊性比較弱，卻因其謹慎的個性，能夠有效地對黃喉蜥蜴進行防范。這三種不同的行為策略正好相互克制，呈現“橙喉雄性>藍喉雄性>黃喉雄性>橙喉雄性”的競爭能力循環，使得它們可以長期在同一領域共存(圖2)。
圖2 以側斑蜥蜴不同表性間非傳遞性競爭為代表的行為權衡策略與物種共存機制
本文系統總結了近二十年來非傳遞性競爭理論的研究進展，包括五種作用類型(資源利用型、生活史型、行為權衡型、競爭權衡型和化感作用型)，三種模型測定方法(競爭矩陣，轉移矩陣和入侵增長率)，并闡釋了其動態平衡、奇數穩定和嵌套性的發生特征。同時分析了物種競爭等級、功能性狀和環境因素差異對非傳遞性競爭的影響。最后，論文提出未來非傳遞性競爭的研究應集中在野外長期控制實驗、與生物間高階相互作用和復雜網絡理論的耦合，以及對生態系統功能的作用等方面，以此推動物種間接互作理論與多物種共存策略的研究。
本研究得到了國家自然科學基金、廣東省省級科技計劃項目和廣東省科學院發展專項資金項目的資助，在此一并致謝。
論文鏈接：https://engine.scichina.com/doi/10.1360/TB-2022-0091
備注：《科學通報》創刊于1950年，是中國科學院和國家自然科學基金委員會共同主辦、《中國科學》雜志社出版的自然科學綜合性學術刊物。要求文章短小精悍，可讀性強，能在比較寬泛的學術領域產生影響。
（動物生態與進化研究中心 / 吳家昊、張強供稿）