现代共存理论MCT (Chesson 2000)

1. 摘要

????????物种共存(species coexistence)是生物多样性维持研究中(maintenance of biodiversity)的焦点问题。物种共存可以是稳定的或不稳定的(stable vs. unstable coexistence)。大量研究显示物种共存的机制主要包括两类:同质化(equalizing)和稳定化(stabilizing)。同质化指群落中物种的适合度差异趋于最小化,同质化机制不能解释长期稳定共存。稳定化指群落内物种的种内竞争相对于种间竞争增强,稳定化机制可以支持稳定共存。稳定化机制对于物种共存十分重要,它含纳了诸如资源分割理论(resource partitioning)、频率依赖捕食(frequency-dependent predation),以及依赖环境波动的机制(mechanisms depend on fluctuation)。

2. 前言

????????物种共存问题所研究的对象是在一定空间范围内,同营养级(trophic level)的相互作用的物种构成的群落。群落中的物种可能属于一个同资源种团(guild),在资源需求上存在重叠(overlapping resource requirement)。物种共存有两重含义,它可以指一个群落内固定种类的物种的长期稳定存在,另一些研究中也指群落物种多样性和均匀度的长期稳定,这类研究尚需考虑物种分化(speciation)、灭绝速率(extinction rate)、罕见定植事件(infrequent colonizations)等。

????????多数研究提出的共存模型都属于局域范围内的物种共存,此类模型成立的条件是所定义的“局域范围”足够大,以至于迁入迁出事件不足以影响局域种群动态(类似一个封闭系统)。在一些较大空间尺度上,这种假设可能会成立,然而很多(经验)研究并不能满足这一前提。有一些研究尝试在模型中考虑迁入迁出事件,然而此类模型面临一个困境:迁入能够解释汇群落(sink)的多样性维持,然而源群落(source)的多样性又是怎么维持的呢?

3. 稳定共存 stable coexistence?

????????稳定共存意味着系统中的物种种群密度不存在长期变化趋势,密度较低的物种种群会逐渐恢复较高密度,而不至于灭绝。一个种的种群从低密度恢复的能力可以用“入侵准则”(invasibility criterion)来表征。入侵准则常用长期低密度种群增长速率(long-term low-density growth rate)来表示,记为\bar{r}_i。若\bar{r}_i>0,则入侵者可从低密度中恢复。若群落中所有物种均有\bar{r}_i>0,则可实现所有物种的稳定共存。因此物种共存可以由\bar{r}_i定量。

????????从Lotka-Volterra竞争模型出发,可以推知一些关于稳定共存的条件(即\bar{r}_i>0的条件)。L-V模型表示如下:\frac{1}{N_{i}} \cdot \frac{d N_{i}}{d t}=r_{i}\left(1-\alpha_{i i} N_{i}-\alpha_{i j} N_{j}\right), \quad i=1,2, j \neq i。此处的\alpha_{ij}\alpha_{ii}分别是种间(绝对)竞争系数和种内(绝对)竞争系数,注意与大多数书中相对竞争系数相区别。通过两物种L-V模型可以推知,稳定共存的条件是两物种的中内竞争系数均大于种间竞争系数(种内竞争大于种间竞争)。这一结论在多物种的情形下,或单位增长速率非线性时都是稳健的。L-V模型是基于现象的(phenomenological)而非基于机制的模型,它并未说明物种间竞争的具体形式(如直接竞争、资源竞争等)。

????????Tilman的资源竞争理论(resource competition theory)提供了一种物种共存机制的理解。资源竞争理论认为,被同一种资源所限制的多个物种服从R^*法则(the?R^*?rule)。R^*是某一物种种群不至于灭绝的最小资源水平,多个物种竞争同一限制资源时,R^*最小的物种是最后胜者。R^*反应了物种在低资源水平下,通过生长和繁殖补偿组织细胞及个体死亡的能力,因此死亡率和捕食率较低的物种具有更低的R^*。总的来说,R^*值与物种的总体适合度(overall fitness)有关。

(未完待续......)

Chesson, P. (2000). Mechanisms of maintenance of species diversity.?Annual Review of Ecology & Systematics,?31(1), 343-366.

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