全球变化赢家？人为干扰驱动的皂荚属植物全球扩张潜力、生态驱动因子与杂交风险

《Discover Plants》：A global-change winner? Global expansion potential, ecological drivers and hybridization risk of the disturbance-promoted honey locust (Gleditsia)

本研究针对全球变化背景下植物分布格局重塑及新物种组合形成的问题，研究人员通过物种分布模型（SDM）评估了北美皂荚（Gleditsia triacanthos）的分布潜力与生态驱动因子。结果表明，人类干扰指数（HMI）是驱动其扩张的关键因子，且其引入种群与北美本土种群存在生态位分化。研究还揭示了北美皂荚与亚洲、南美及高加索地区同属物种存在广泛的潜在分布重叠区，预示着巨大的杂交风险。该研究为理解全球变化下物种扩张机制及制定适应性保护策略提供了重要依据。

　　

在人类世（Anthropocene）的背景下，快速的环境变化和人类活动正在以前所未有的速度重塑植物的分布格局，并催生了新的物种组合。其中，那些能够耐受干扰、适应性强且分布广泛的物种，正成为全球变化的“赢家”。皂荚属（Gleditsia）植物，特别是原产于北美的北美皂荚（Gleditsia triacanthos），正是这样一个引人注目的案例。它最初因观赏和牧场用途被引入世界各地，如今已在多个地区归化并被视为入侵物种。然而，我们对它的全球扩张潜力、驱动其扩张的生态因子，以及它与其他同属物种相遇后可能引发的生态后果（如杂交风险）仍缺乏全面的认识。

为了填补这一知识空白，来自奥胡斯大学（Aarhus University）的Katrine Osterrogild Busk和Jens-Christian Svenning在《Discover Plants》上发表了一项研究。他们利用物种分布模型（Species Distribution Modelling, SDM），系统评估了北美皂荚的全球扩张潜力，揭示了人类干扰是其扩张的主要驱动力，并指出了其与亚洲、南美及高加索地区同属物种发生杂交的潜在风险。

研究方法概览

研究人员主要运用了物种分布模型（SDM）中的最大熵算法（Maximum Entropy algorithm, Maxent）来开展研究。首先，他们从全球生物多样性信息机构（GBIF）下载了皂荚属植物的全球分布数据，并进行了严格的清洗和筛选，最终保留了64,589条地理参考记录用于建模。其次，他们选取了8个生物气候变量（如年均温、年降水量等）以及两个人类活动相关的变量——人类干扰指数（Human Modification Index, HMI）和牛密度，作为环境预测因子。通过构建全球模型和区域模型，研究人员评估了北美皂荚的潜在分布，分析了其生态位驱动因子，并检验了其与同属物种（如南美的G. amorphoides、亚洲的G. japonica等）的生态位相似性及潜在分布重叠区。

研究结果

物种分布与生态驱动因子

模型预测显示，北美皂荚在其原产地北美东部具有较高的栖息地适宜性。在全球范围内，其潜在适宜区广泛分布于东亚、南美以及高加索地区，显示出巨大的扩张潜力。一个关键的发现是，在所有模型中，栖息地适宜性均随着人类干扰指数（HMI）的升高而显著增加，这强有力地证明了人为干扰是驱动北美皂荚扩张的主要因素。相比之下，牛密度对栖息地适宜性的影响则较为有限且不一致，表明其作用可能被更广泛的干扰梯度所掩盖。

生态位分化

研究人员发现，北美皂荚的北美本土种群与南美引入种群之间存在生态位分化，两者模型的预测结果相关性较低（r=0.59）。这表明该物种在引入地可能占据了其基础生态位的不同部分，或者发生了生态位扩张，这反映了其高度的表型可塑性和局部适应能力。相比之下，北美皂荚与亚洲的G. japonica表现出较高的生态位相似性（r=0.69），预示着两者在生态和生殖上可能存在较高的兼容性。

空间重叠与杂交风险

模型预测揭示了北美皂荚与同属物种在多个地区存在潜在分布重叠区，构成了潜在的杂交风险区。在南美，北美皂荚的适宜区延伸至G. amorphoides分布区的南部，特别是在阿根廷东北部及邻近地区。在亚洲，北美皂荚与G. japonica的适宜区在日本和东亚地区存在广泛重叠。此外，尽管本研究未对高加索地区的G. caspica进行建模，但结合前人研究，北美皂荚的潜在分布区也覆盖了G. caspica的分布区。这些重叠区为北美皂荚与当地同属物种发生杂交提供了地理条件。

研究结论与意义

这项研究将北美皂荚定位为一个生态灵活、受干扰促进的树种，在全球变化下具有显著的扩张潜力。其成功扩张的秘诀在于其广泛的环境耐受性，以及对人为干扰的强烈依赖。研究揭示的生态位分化现象，进一步印证了该物种在应对新环境时的强大适应能力。

更重要的是，研究指出了北美皂荚与多个同属物种在原生地发生分布重叠的巨大风险。这种重叠不仅意味着潜在的竞争，更预示着杂交风险。杂交是一把双刃剑：一方面，它可能导致基因渗入（introgression），增加本地物种的遗传多样性，甚至帮助它们适应气候变化；另一方面，它也可能导致基因淹没（genetic swamping），威胁到地理分布受限的稀有类群（如G. caspica）的遗传完整性，甚至催生出更具入侵性的新基因型。

因此，对于北美皂荚这样的全球扩张物种，其管理策略需要更加灵活和前瞻。研究人员建议，可以借鉴RAD（Resist-Accept-Direct）框架，即根据具体情况采取抵抗、接受或引导的策略。例如，在保护价值极高的区域，可以采取“抵抗”策略，积极控制其入侵；在生态功能已发生根本性改变的系统中，可以“接受”其存在，并探索其生态功能；在特定情况下，甚至可以“引导”其与本地物种的杂交，以增强生态系统的适应能力。

总之，这项研究不仅为我们理解北美皂荚的全球扩张动态提供了关键数据，也为我们思考如何在快速变化的生物圈中管理物种扩张、应对生态新格局提供了深刻的启示。