生态位构建对环境梯度下物种分布格局的作用

探讨物种多样性与共存机制、物种形成方式与分布格局一直是群落生态学的研究中心。作为生态学的基本核心，生态位成为该研究方向的基本突破口。然而，随着生态位构建理论的提出，使认识和理解群落生态学的诸多现象变得更加复杂。当有机体的生态位构建作用成为一种协同进化的方式时，它必然从进化尺度上对物种的形成与分布产生深远的影响。本项目以生态位构建理论的动力学机制及其生态与进化响应为研究对象，通过理论建模分析与数值模拟等方法，主要研究生态位构建作用对表型可塑性、对物种进化方向和进化速度、对亲代和子代间遗传的影响以及生态位构建与物种形成之间的关系，从而给出生态位构建对环境梯度下物种的空间分布格局的作用。项目的预期成果将进一步丰富生态位构建新理论的研究，并希望拓展现代群落生态学的研究思路与内涵。

本项目以生态位构建理论的动力学机制及其生态与进化响应为研究对象，基于生态位构建理论的基本内容，围绕着生态位构建理论对生态学及进化生物学所产生的深渊影响，就生态位构建对物种表型可塑性、对进化速度和进化方向的影响以及生态位构建对环境梯度下物种形成的作用等这些重要问题开展了深入的研究，在此基础上重点探讨了环境梯度下生态位构建作用对物种的空间分布格局的影响。利用理论研究、建模分析、数值模拟与资料验证相结合，通过空间生态学、进化生物学与微分动力系统等研究方法，获得了具有一定创新性的研究成果。. 首先，生态位构建（NC）作用促使线性环境梯度上基因型分层的形成，从而表现出物种的地域性分布特点，说明环境梯度是基因型多样性分层式分布的必要条件，也即意味着，环境异质性是维持稳定的遗传多样性的先决条件；其次，基因型分布的带状模式只有当其适应度依赖于资源时才会产生，并且当依赖程度越高，带状分布越发容易产生，说明生态位构建本身的强度通过影响由环境因素决定的适应度进而引起进化方向和遗传结构的改变；第三，在环境梯度下，基因型结构发生转换的地方形成适应性景观的山谷，说明有机体与环境之间的反馈关系中的同域过程能产生明显的地域边界，限制了分离物种间潜在的基因流，进而促进了异域物种的形成和分化；而当自然选择发生在不影响构建能力的位点上时，适应性山谷将消失，因此，在探讨物种对环境异质性的适应时不仅要考虑遗传多样性的作用，而且还要考虑生态位构建的能力和其对异质性环境的影响。我们的研究结果也将对生物保护提供新的思路，强调保护生物学家应该拥有进化的思想，提出在保护生物时对系统中基本资源或有限资源的环境梯度保护的必要性；第四，在竞争系统中，生态位构建同样导致物种的多样性空间分布，并且分布模式与构建系数和种间差异紧密相关，不同的构建模式产生不同的进化结果；最后，提出了利用适应性动态和进化博弈理论来研究生态位构建对物种形成和表型可塑性的模型和方法，需要进一步深入研究。. 本项目的研究成果将丰富生态位构建理论的研究，具有重要的理论意义和科学价值，并在一定程度上拓展了进化生态学的研究模式与方法。